DE102008055053A1

DE102008055053A1 - Vorrichtung zum Messen des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102008055053A1
Application number: DE102008055053A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Biro; Marlies Platzek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: DE102008055053B4

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Messen des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil, wobei die Vorrichtung eine Messhülse umfasst, die in radialer Richtung federnd ausgebildet ist und die so geformt ist, dass sie, das Kraftstoffeinspritzventil umgreifend, formschlüssig am Kraftstoffeinspritzventil angebracht werden kann. Die durch einen Innendruck bewirkte Aufweitung des Einspritzventils führt somit auch zu einer Aufweitung der Messhülse. An der Messhülse ist wenigstens ein die Aufweitung der Messhülse registrierendes Sensorelement angebracht (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil, vorzugsweise einem Kraftstoffeinspritzventil für die Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Bei Kraftstoffeinspritzventilen, wie sie vorzugsweise für den Einsatz in schnelllaufenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwendet werden, wird der Kraftstoff unter hohem Druck direkt in einen Brennraum eingespritzt. Zum Einstellen und Prüfen der Injektoren ist es wichtig, den Kraftstoffdruck im Inneren des Injektors zu kennen, um die Fertigungsparameter ggf. entsprechend ändern zu können. Neben der Möglichkeit, den Injektor anzubohren und einen geeigneten Kraftmesser einzubringen, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt, den Kraftstoffdruck im Inneren des Injektors zerstörungsfrei zu messen.
Aus der DE 10 2005 053 683 A1 ist eine Messvorrichtung bekannt, mit der sich der Druck im Inneren eines Einspritzventils oder einer Hochdruckleitung messen lässt. Dabei macht man sich das Prinzip zu nutze, dass bei den hohen Drücken von 1500 bar und mehr, wie sie zur Einspritzung in Brennkraftmaschinen verwendet werden, eine deutlich messbare Aufweitung selbst harter metallischer Körper stattfindet. Zur Messung dieses Effekts werden auf der Oberfläche der Hochdruckleitung oder des Kraftstoffeinspritzventils Dehnmessstreifen aufgeklebt, die fest mit der Außenseite des zu messenden Bauteils verbunden sind. Aus der Geometrie der Leitung bzw. des Einspritzventils und der Kenntnis der Materialkonstanten lässt sich dann aus der Verformung auf den Innendruck schließen. Das Verhältnis aus der Verformung des Körpers und dem Innendruck kann auch durch eine Kalibrierung bestimmt werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 28 39 405 A1 ist darüber hinaus eine Vorrichtung bekannt, mit der sich ebenfalls die Verformung einer Leitung auf Grund des herrschenden Innendrucks messen lässt. Hierzu wird die Leitung in eine entsprechende Aussparung in einen Messkörper eingelegt, wobei der Messkörper an einer Stelle eine sehr dünne Wand aufweist, die in direktem Kontakt mit der Außenseite der Leitung gebracht wird. Bei einer druckbedingten Aufweitung der Leitung wird dieser Teil des Messkörpers verformt, wobei die Verformung wiederum mittels eines Dehnmessstreifens gemessen wird, so dass der Innendruck beispielsweise über eine Kalibrierung bestimmt werden kann.
Die Bestimmung der Verformung durch aufgeklebte Dehnmessstreifen weist jedoch insbesondere den Nachteil auf, dass eine aufwendige Präparierung der Leitung bzw. des Einspritzventils nötig ist. Die Dehnmessstreifen lassen sich in der Regel auch nicht mehr zerstörungsfrei ablösen, so dass die Messung kostspielig ist und sich nicht für eine Reihenmessung an sehr vielen Injektoren eignet.
Die Vorrichtung aus der DE 28 39 405 A1 weist darüber hinaus den Nachteil auf, dass die Messvorrichtung mehrteilig aufgebaut sein muss und eine exakte Justage des dünnen Wandbereichs der Messvorrichtung in Bezug auf die Leitung notwendig macht. Außerdem ist es notwendig, ein praktisch nicht kompressibles Klebemittel auf die Leitung aufzubringen, um eine starre Übertragung der Verformung der Kraftstoffleitung auf den dünnen Wandbereich der Messvorrichtung zu erreichen. Auch dies schließt eine Anwendung bei Reihenmessungen aus.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine unkomplizierte und genaue Messung des Kraftstoffinnendrucks im Kraftstoffeinspritzventil möglich ist und die Anwendung auch in der Serienfertigung möglich ist. Hierzu weist die Vorrichtung eine Messhülse auf, die in radiale Richtung federnd ausgebildet ist und die so geformt ist, dass sie das Kraftstoffeinspritzventil umgreifend formschlüssig am Kraftstoffeinspritzventil angebracht werden kann. Dadurch wird die durch den Innendruck im Kraftstoffeinspritzventil bewirkte Aufweitung an die Messhülse unmittelbar weitergegeben, wobei die Verformung der Messhülse mittels wenigstens eines die Aufweitung der Messhülse registrierenden Sensorelementes gemessen wird. Über eine Kalibrierung oder über rechnerische Modelle kann dann auf den Innendruck im Kraftstoffeinspritzventil rückgeschlossen werden.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die Messhülse als eine über ihre gesamte Länge geschlitzte zylindrische Hülse ausgebildet. Die Messhülse ist hierbei radial elastisch geformt, so dass sie sich ohne bleibende Verformung radial aufweiten lässt, um in diesem Zustand beispielsweise über einen entsprechenden Schaftbereich des Kraftstoffeinspritzventils geschoben zu werden. Dabei ist die Messhülse vorzugsweise aus Metall gefertigt, wobei jedes Metall in Frage kommt, das eine entsprechende Elastizität der Messhülse gewährleistet, beispielsweise Messing oder Stahl.
In vorteilhafter Weise ist das Sensorelement als Dehnmessstreifen ausgebildet, wobei auch mehrere Dehnmessstreifen an der Messhülse angebracht werden können. insbesondere durch die Kombination von mehreren Dehnmessstreifen lässt sich die Verformung der Messhülse sehr exakt messen und damit auch entsprechend genau der Innendruck des Einspritzventils. Da die Dehnmessstreifen nur fest mit der Messhülse verbunden sind, nicht jedoch mit dem Einspritzventil oder der sonstigen Vorrichtung, deren Innendruck gemessen werden soll, lässt sich die Messhülse zerstörungsfrei wieder entfernen und unverändert für weitere Messungen einsetzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dehnmessstreifen in entsprechende Vertiefungen in der Messhülse eingeklebt, so dass die Messhülse in diesem Bereich nur eine sehr geringe Wandstärke aufweist. Durch diese Anordnung wird die Empfindlichkeit der Messvorrichtung erhöht und darüber hinaus ist ein gewisser mechanischer Schutz der Dehnmessstreifen gegeben. Um eine entsprechende gute Empfindlichkeit der Messhülse zu erreichen, weist diese im Bereich der Vertiefungen eine Wandstärke von weniger als 1 mm auf, vorzugsweise weniger als 0,5 mm.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen des Innendrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil, das einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Schaft aufweist, in welchem ein kraftstoffgefüllter Hohlraum ausgebildet ist, der zumindest zeitweise einem hohen Druck ausgesetzt ist, werden folgende Verfahrensschritte angewandt: Zur Messung wird die erfindungsgemäße Messhülse verwendet, an der wenigstens eine die Verformung der Messhülse registrierendes Sensorelement angebracht ist und deren Innendurchmesser in unbelastetem Zustand kleiner als der Außendurchmesser des zylindrischen Schafts ist, auf dem zylindrischen Schaft angeordnet, so dass die Messhülse formflüssig auf dem Schaft des Kraftstoffeinspritzventils aufliegt. Die Messhülse registriert dann Änderungen des Außendurchmessers des Schafts, in dem die Aufweitung der Messhülse gemessen wird, so dass schließlich der Innendruck im Kraftstoffeinspritzventil bestimmt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Messhülse zum Anordnen radial elastisch aufgeweitet, so dass der Innendurchmesser der Messhülse größer als der Außendurchmesser des zylindrischen Schafts ist. Anschließend wird die Messhülse über den zylindrischen Schaft geschoben und anschließend entspannt, so dass diese formschlüssig auf dem Kraftstoffeinspritzventil aufliegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Messanordnung schnell und präzise auf dem Kraftstoffeinspritzventil anzuordnen und so in kurzer Zeit eine Messung durchzuführen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung dargestellt. Es zeigt
1 ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt mit einer darauf angeordneten Messvorrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht der Messhülse eines ersten Ausführungsbeispiels,
3 eine Draufsicht auf die Messhülse nach 2 in Richtung III,
4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,
5 einen Längsschnitt durch die Messvorrichtung nach 4 und
6 einen Querschnitt durch die in 5 gezeigte Messvorrichtung entlang der Linie VI-VI.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt, auf dem eine erfindungsgemäße Messvorrichtung angeordnet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Ventilkörper 2 auf, der mittels einer Spannmutter 3 gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper verspannt ist. Im Ventilkörper 2 ist ein Hohlraum 5 ausgebildet, der an seinem der Spannmutter 3 abgewandten Ende von einem im Wesentlichen konischen Ventilsitz 8 begrenzt wird. Vom Ventilsitz 8 gehen Einspritzöffnungen 10 aus, durch die bei Einsatz des Kraftstoffeinspritzventils der Kraftstoff ausgespritzt wird. Im Hohlraum 5 ist eine Ventilnadel 7 längsverschiebbar angeordnet, die in einem mittleren Bereich in des Hohlraums 5 geführt ist. Die Ventilnadel 7 weist an ihrem ventilsitzseitigen Ende eine Dichtfläche auf, mit der sie mit dem Ventilsitz 8 zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen 10 zusammenwirkt. Die Ventilnadel 7 wird an ihrem ventilsitzabgewandten Ende in einer Hülse 14 geführt, so dass durch die Ventilnadel 7, die Hülse 14 und durch eine Drosselscheibe 17, die am Ventilkörper 2 anliegt und die in Einbaulage des Einspritzventils zwischen dem Ventilkörper 2 und dem hier nicht gezeigten Haltekörper angeordnet ist, ein Druckraum 15 begrenzt wird, über dessen Druck die Längsbewegung die Ventilnadel 7 gesteuert wird. Die Ventilnadel 7 wird darüber hinaus von einer Schließfeder 12 umgeben, die sich an der Hülse 14 abstützt und durch deren Vorspannkraft die Ventilnadel 7 gegen den Ventilsitz 8 gedrückt wird.
Der dem Ventilsitz 8 zugewandte Abschnitt des Ventilkörpers 2 weist eine zylindrische Form auf und bildet dadurch einen Schaftbereich 102, der rotationssymmetrisch mit einem Außendurchmesser D_a aufgebaut ist und in dessen Inneren der Hohlraum 5 in Form der Bohrung ausgebildet ist. Auf dem zylindrischen Schaft 102 ist eine Messhülse 20 angeordnet, die formschlüssig an der Außenseite des Schafts 102 anliegt und mit der sich die Aufweitung des Schaftbereichs 102, bedingt durch den Innendruck in der Bohrung 5, messen lässt. Hierzu zeigt 2 eine perspektivische Ansicht der Messhülse 20, die eine mittig verlaufende Bohrung 21 mit einem Durchmesser D_i aufweist, die der Aufnahme des Schafts 102 dient und die so geformt ist, dass die Wände der Bohrung 21 allseitig genau an die Form des Schafts 102 angepasst sind. Die Messhülse 20 weist einen Schlitz 24 auf, so dass zwei gegeneinander elastisch bewegliche Hälften entstehen und sich der Durchmesser der Bohrung 21 dadurch leicht vermindern lässt, dass die Hälften gegeneinander gepresst werden. Dazu ist eine Gewindebohrung 26 vorgesehen, in die eine passende Spannschraube eingeschraubt werden kann, um beide Hälften der Messhülse 20 gegeneinander zu drücken, wodurch der Schaft 102 kraftschlüssig von der Messhülse 20 eingespannt wird. 3 zeigt dazu eine Draufsicht der Messhülse 20 von der in 2 mit III bezeichneten Richtung. Die Kraft F, die durch die in der Zeichnung nicht dargestellte Spannschraube ausgeübt wird, ist in 3 mit Pfeilen gekennzeichnet.
In der Messhülse 20 sind zwei Vertiefungen 22, 22' ausgebildet, in denen jeweils ein Sensorelement 25, 25' angeordnet ist, beispielsweise ein Dehnmessstreifen. Im Bereich der Vertiefungen 22, 22' beträgt die Wandstärke der Messhülse 20 nur noch einen Bruchteil der ursprünglichen Wandstärke, vorzugsweise weniger als 1 mm, bspw. 0,5 mm, damit die auf dem Grund der Vertiefungen 22, 22' angebrachten Sensorelemente 25, 25' einer größeren Verformung ausgesetzt sind und somit eine größere Genauigkeit erzielen. Außerdem bietet die Anordnung der Sensorelemente 25, 25' in den Vertiefungen 22, 22' die Möglichkeit, die Vertiefungen 22, 22' nach der Montage der Sensorelemente 25, 25' mit Kunstharz zu vergießen und so vor äußeren Einflüssen zu schützen. Um die Kabel der Sensorelemente 25, 25' zu führen, ist auf jeder Seite eine Nut 27 ausgebildet.
4 eine Gesamtansicht einer alternativen Ausgestaltung der Messhülse 20, die hier im Wesentlichen als Kreiszylinder ausgebildet ist und einen Schlitz 24 aufweist, der die Messhülse 20 auf ihrer gesamten Länge durchzieht, so dass sie radial federnd ausgebildet ist. An der Außenseite der Messhülse 20 sind die beiden Vertiefungen 22, 22' ausgebildet, in denen jeweils die Sensorelemente 25, 25' angeordnet ist, wie der Längsschnitt durch die Messhülse 20 nach 5 zeigt. Die Sensorelemente 25, 25' sind dabei fest mit dem Grund der Ausnehmungen 22, 22' verbunden, beispielsweise durch Verkleben, so dass sie jede Verformung der Messhülse 20 registrieren.
In 6 ist ein Querschnitt durch die Messhülse 20 entlang der Linie VI-VI der 5 dargestellt. Die Form der Vertiefungen 22, 22' wird hier deutlich, die zu einer deutlichen Verminderung der Wandstärke der Messhülse 20 in diesem Bereich führen. Durch den Schlitz 24 ist die Messhülse 20 radial federnd ausgebildet, d. h. sie kann leicht aufgeweitet werden, wobei die Abmessungen der Messhülse 20 so beschaffen sind, dass der Innendurchmesser der Messhülse 20 im unbelasteten Zustand etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Schafts 102 des Einspritzventils 1. Somit kann die Messhülse 20 leicht dadurch auf dem Kraftstoffeinspritzventil 1 platziert werden, indem diese aufgeweitet wird und über den Schaft 102 geschoben wird. Durch Entspannen der Messhülse 20 greift diese kraftschlüssig an der Außenseite des Schafts 102 an, so dass jede durch den Kraftstoffdruck innerhalb der Bohrung 5 bedingte Aufweitung des Schafts 102 von der Messhülse 20 übernommen und durch die Sensorelemente 25, 25' registriert wird.
Die Sensorelemente 25, 25' sind vorzugsweise als Dehnmessstreifen ausgebildet, die beispielsweise durch Kleben fest mit der Außenseite der Messhülse 20 verbunden werden. Es kann hierbei auch alternativ vorgesehen sein, auf die Vertiefungen 22, 22' zu verzichten und die Sensorelemente 25, 25' direkt auf die Außenseite der Messhülse 20 aufzubringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005053683 A1 [0003]
- DE 2839405 A1 [0004, 0006]

Claims

Vorrichtung zum Messen des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil (1), vorzugsweise einem Kraftstoffeinspritzventil (1) für die Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine Messhülse (20) umfasst, die in radialer Richtung federnd ausgebildet ist und die so geformt ist, dass sie das Kraftstoffeinspritzventil (1) umgreifend formschlüssig am Kraftstoffeinspritzventil (1) angebracht werden kann, so dass eine durch einen Innendruck bewirkte Aufweitung des Kraftstoffeinspritzventils (1) auch zu einer Aufweitung der Messhülse (20) führt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Messhülse (20) wenigstens ein die Aufweitung der Messhülse (20) registrierendes Sensorelement (25; 25') angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messhülse (20) als über ihre gesamte Länge geschlitzte, zylindrische Hülse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Messhülse (20) radial elastisch aufweiten lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messhülse (20) aus Metall ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (25; 25') ein Dehnmessstreifen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dehnmessstreifen (25; 25') an der Messhülse (20) angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (25; 25') in Vertiefungen (22; 22') angeordnet sind, die an der Außenseite der Messhülse (20) ausgebildet sind, wobei die verbleibende Wandstärke im Bereich der Vertiefungen (22; 22') weniger als 1 mm beträgt, vorzugsweise weniger als 0,5 mm.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (25; 25') auf die Messhülse (20) aufgeklebt sind.
Verfahren zum Messen des Innendrucks in einem Kraftstoffeinspritzventil (1), das einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Schaft (102) aufweist, in welchem ein kraftstoffgefüllter Hohlraum (5) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Zur Verfügung stellen einer Vorrichtung zum Messen des Innendrucks bestehend aus einer geschlitzten, elastischen Messhülse (20), an der wenigstens ein die Verformung der Messhülse (20) registrierendes Sensorelement (25; 25') angebracht ist, wobei die Messhülse (20) einen Innendurchmesser (D_i) aufweist, der im unbelasteten Zustand kleiner als der Außendurchmesser (D_a) des zylindrischen Schafts (102) ist, – Anordnen der Messhülse (20) auf dem zylindrischen Schaft (102) so, dass diese formschlüssig aufliegt, – Einbringen von unter Druck stehendem Kraftstoff in den Hohlraum (5) des Kraftstoffeinspritzventils (1), – Registrieren der Aufweitung der Messhülse (20) durch Auslesen des vom Sensorelement (25; 25') gegebenen Messsignals.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen der Messhülse (20) auf dem zylindrischen Schaft (102) durch folgende Verfahrensschritte geschieht: – radiales, elastisches Aufweiten der Messhülse (20) soweit, dass der Innendurchmesser (D_i) der Messhülse (20) größer als der Außendurchmesser (D_a) des zylindrischen Schafts (102) ist, – Schieben der Messhülse (20) über den zylindrischen Schaft (102), – Entspannen der Messhülse (20), so dass diese kraftschlüssig auf dem Kraftstoffeinspritzventil (1) aufliegt.