DE102011120461B4

DE102011120461B4 - Verfahren zur Dichtheitsprüfung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102011120461B4
Application number: DE102011120461.3A
Authority: DE
Inventors: Arno Kinnen
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: US20130145825A1; DE102011120461A1; US9074961B2; CN103175657A; CN103175657B

Abstract

Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines einen Kraftstofftank (30) und ein Ventil (35) zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor (38) und Kraftstoffleitungen (31, 34) zwischen diesen Komponenten umfassenden Kraftstoffversorgungssystems, in dem ein mittels einer Membran (8) gesteuertes Regelventil (12) angeordnet ist, wobei die Membran (8) eine mit Kraftstoff gefüllte Regelkammer (9) begrenzt und bei Druckanstieg in der Regelkammer (9) das Regelventil (12) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffversorgungssystem stromauf des Regelventils (12) von einem Prüfdruck mit einem vorgegebenen Druckniveau beaufschlagt und dieser Druck in dem Kraftstoffversorgungssystem aufgebaut wird, und dass die Membran (8) auf ihrer der Regelkammer (9) abgewandten Seite von einer Gegenkraft beaufschlagt wird, deren Größe so eingestellt wird, dass sie mindestens der vom Prüfdruck in der Regelkammer (9) auf die Membran (8) wirkenden Druckkraft entspricht, so dass das Regelventil (12) in geöffneter Stellung gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Kraftstoffversorgungssystems der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Handgeführte Arbeitsgeräte wie Motorkettensägen, Freischneider, Trennschleifer oder dergleichen besitzen häufig einen Verbrennungsmotor, insbesondere Zweitaktmotor, als Antriebsmaschine. Zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff dienen ein Kraftstofftank und eine ggf. mehrere Abschnitte umfassende Kraftstoffleitung sowie ein Regelventil. Das Regelventil wird in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks in einer Regelkammer betätigt, wobei der Kraftstoffdruck in der Regelkammer auf einen Membran wirkt, deren Auslenkung über eine Kinematik ein Ventilschließglied relativ zu einem Ventilsitz bewegt. Ein solcher Aufbau eines Regelventils in einem Kraftstoffversorgungssystem hat sich bewährt und wird sowohl bei Verbrennungsmotoren mit Vergaser als auch bei solchen mit Kraftstoffeinspritzung benutzt. Bei einem solchen Regelventil nimmt die Membran in Abhängigkeit der auf sie wirkenden Kräfte unterschiedliche Stellungen ein, nämlich eine erste Stellung, in der das Regelventil vollständig geöffnet ist, eine zweite Stellung, in der das Regelventil geschlossen ist und zwischen diesen liegende dritte Stellungen, in denen das Regelventil teilweise geöffnet ist.
Im Rahmen der Produktion eines vorstehend genannten Arbeitsgeräts ist vorgesehen, dass Kraftstoffversorgungssystem einer Druckprüfung zu unterziehen, um die Dichtheit der gesamten Kraftstoffführungselemente zu gewährleisten. Hierfür wird ein Prüfdruck verwendet, der ein Vielfaches des Betriebsdrucks des Kraftstoffsystems beträgt, beispielsweise das 8- bis 10-Fache. Bei Kraftstoffsystemen mit Niederdruckeinspritzung des Kraftstoffs in den Motor beträgt der Druck zwischen einer Kraftstoffpumpe und dem Einspritzventil etwa 100 mbar, für dieses Druckniveau ist das Regelventil eingestellt. Dies stellt für die Druckprüfung der dem Regelventil nachgeordneten Kraftstoffleitungen und Komponenten ein Problem dar, da die jeweiligen vor dem Regelventil und nach dem Regelventil befindlichen Abschnitte des Kraftstoffversorgungssystems separaten Druckprüfungen unterworfen werden müssen.
Die US 2005/0126265 A1 offenbart ein Prüfgerät mit einer Prüfdruckleitung und einen Tankadapter, das zur Dichtheitsprüfung eines Kraftstoffsystems vorgesehen ist.
Die US 5,113,831 A offenbart ein Regelventil mit einem Ventilglied, das über eine Membran, eine Feder und den Druck in der Regelkammer gesteuert wird.
Die US 5,187,974 A betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Dichtheit einzelner Kraftstoffführender Komponenten eines Kraftstoffzufuhrsystems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Kraftstoffversorgungssystems der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das auf einfache Weise eine gleichzeitige Druckprüfung des gesamten Kraftstoffversorgungssystems ermöglicht. Außerdem besteht die Aufgabe darin, eine einfache und leicht handhabbare Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Membran in der ersten oder dritten Stellung zu halten und auch über das Druckniveau des üblichen Arbeits- bzw. Einspritzdrucks von ca. 100 mbar hinaus einen erforderlichen Prüfdruck dem nachgeschalteten Kraftstoffsystem zuzuleiten. Die Beaufschlagung des gesamten Kraftstoffversorgungssystems durch Anschluss eines Prüfdruckgeräts an nur einem Anschluss für eine Prüfdruckleitung ermöglicht eine rasche und äußerst sichere Druckprüfung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt lediglich ein Prüfdruckgerät und eine Prüfdruckleitung zum Anschluss an das Kraftstoffversorgungssystem. Die auf die Membran wirkende Gegenkraft wird aus zwei Kraftkomponenten gebildet, wobei eine durch eine Feder erzeugt wird und eine weitere in derselben Richtung auf die Membran wirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die weitere Kraftkomponente auf die Membran dadurch aufgebracht, dass an einen von der Membran begrenzten abgedichteten Raum eine Prüfdruckleitung angeschlossen und ein Druck in diesem Raum aufgebaut wird, der ebenso groß ist wie der Prüfdruck in der Regelkammer. Auf diese Weise wird die Membran in der dritten Stellung gehalten, denn die auf beiden Seiten der Membran wirkenden Kräfte sind ausgeglichen.
In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass von an einem Prüfdruckgerät angeschlossenen Prüfdruckleitungen eine an einem Einfüllstutzen des Kraftstofftanks befestigt und eine andere an einem Anschlussstutzen des die Membran überspannenden Gehäusedeckels angeschlossen wird und von dem Prüfdruckgerät gleichzeitig der Prüfdruck dem Kraftstofftank und dem Raum im Gehäusedeckel zugeleitet wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die weitere Kraftkomponente, die auf die Membran wirkt, mechanisch erzeugt und diese hält die Membran in der ersten oder dritten Stellung. Damit wird das Regelventil in einer geöffneten Stellung gehalten.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Vorrichtung besteht darin, dass ein freies Ende der Prüfdruckleitung mit einem Kupplungsstück versehen ist, das in dem Einfüllstutzen des Kraftstofftanks befestigbar ist. Für diese Befestigung sollte das Kupplungsstück mit den gleichen Verschlussmitteln ausgestattet sein wie auch der für den Einfüllstutzen vorgesehene Tankdeckel. Außerdem ist erfindungsgemäß an dem Prüfdruckgerät eine weitere Prüfdruckleitung vorgesehen, die an einem Gehäusedeckel, der einen von der Membran begrenzten Raum überspannt, anschließbar ist. Auf diese Weise kann derselbe Prüfdruck gleichzeitig sowohl in der Regelkammer als auch in dem Raum auf der anderen Seite der Membran angelegt werden, so dass keine separaten Justiermittel erforderlich sind. Die Gegenkraft ist dann um die Kraft der Feder größer als die in der Regelkammer erzeugte Druckkraft, wodurch das Regelventil mit Sicherheit offen bleibt. Diese weitere Prüfdruckleitung ist zweckmäßig mit einem Anschlussstück versehen, das mit einem Anschlussstutzen am Gehäusedeckel verbindbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Niederdruckeinspritzung bei einem Zweitaktmotor in schematischer Anordnung,
2 eine Ausführungsvariante zu 1 mit mechanisch erzeugter Kraftkomponente.

In 1 sind in einem Gehäuse 1 ein Druckregler 2 und eine Membranpumpe 3 angeordnet. Das Gehäuse 1 umfasst ein erstes Gehäuseteil 4 und ein zweites Gehäuseteil 5 sowie einen sich über dem ersten Gehäuseteil erstreckenden Gehäusedeckel 6. Am Umfangsrand des ersten Gehäuseteils 4 befindet sich zwischen diesem und dem Gehäusedeckel 6 eine Dichtung 7. Zwischen dem ersten Gehäuseteil 4 und dem Gehäusedeckel 6 ist eine erste Membran 8 angeordnet, die einen zwischen dem ersten Gehäuseteil 4 und dem Gehäusedeckel 6 gebildeten Hohlraum in eine Regelkammer 9 und einen vom atmosphärischen Umgebungsdruck beaufschlagten Raum 10 unterteilt, der von dem Gehäusedeckel 6 überspannt wird. Ein am Gehäusedeckel 6 angebrachter Anschlussstutzen 11 ist an seinem äußeren Ende für die normale Funktion des Druckreglers 2 offen, insbesondere zur Umgebung bzw. zum Umgebungsdruck.
Der Druckregler 2 umfasst ein Regelventil 12, das aus einem Ventilschließglied 13 und einem Ventilsitz 14 besteht, sowie einen an einem Drehpunkt 15 gelagerten Hebel 16, der einerseits mit der Membran 8 verbunden ist und andererseits das Ventilschließglied 13 trägt. In dem Raum 10 befindet sich eine Feder 17, die auf die Membran 8 wirkt und somit das Ventilschließglied 13 in Öffnungsrichtung des Regelventils 12 belastet. Mittels der Feder 17 ist der Kraftstoffdruck in der Regelkammer 9 einstellbar.
Zwischen dem ersten Gehäuseteil 4 und dem zweiten Gehäuseteil 5 sind eine weitere Dichtung 18 sowie eine zweite Membran 19 angeordnet, wobei die Dichtung 18 als Dichtungsplatte ausgebildet ist, die Dichtflächen an den Flächen aufweist, an denen ein erstes und zweites Gehäuseteil 4, 5 aneinanderliegen. Die zweite Membran 19 dient als Membranpumpe 3, welche eine Pumpenkammer 20 sowie ein Einlassventil 21 und ein Auslassventil 22 umfasst. Die Pumpenkammer 20 ist im ersten Gehäuseteil 4 ausgebildet und wird von der zweiten Membran 19 begrenzt, auf deren anderen Seite im zweiten Gehäuseteil 5 eine Pulsationskammer 23 vorgesehen ist. Das Einlassventil 21 befindet sich in einer Einlasskammer 24, die über eine Kraftstoffleitung 25 mit der Pumpenkammer 20 verbunden ist, von der eine weitere Kraftstoffleitung 26 zu dem in einer Auslasskammer 27 befindlichen Auslassventil 22 führt. Die Auslasskammer 27 ist über eine Kraftstoffleitung 28 mit einem im zweiten Gehäuseteil 5 ausgebildeten Kraftstoffraum 29 verbunden, in den das Regelventil 12 ragt.
Die Membranpumpe 3 ist mit einem Kraftstofftank 30 verbunden und zwar mittels einer Kraftstoffleitung 31. An dem im Tank 30 befindlichen Ende der Kraftstoffleitung 31 ist ein Saugkopf 32 angeordnet, und diese führt zu dem Einlassventil 21. Der Kraftstofftank 30 besitzt einen Einfüllstutzen 33, der in üblicher Weise mit einem Deckel (in der Zeichnung nicht gezeigt) verschlossen ist.
Von der Regelkammer 9 des Druckreglers 2 führt eine Kraftstoffleitung 34 zu einem Ventil 35, das gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen elektromagnetischen Stellantrieb 36 betätigt wird und zur Einspritzung von Kraftstoff mit Niederdruck in den Kurbelraum 37 eines Zweitaktmotors 38 dient. An einem Kurbelgehäuse 39 ist eine Pulsationsleitung 40 angeschlossen, die in die Pulsationskammer 23 der Membranpumpe 3 geführt ist. Somit werden die beim Betrieb des Zweitaktmotors 38 im Kurbelraum 37 auftretenden Druckänderungen in die Pulsationskammer 23 übertragen und beaufschlagen die zweite Membran 19 derart, dass sich das Volumen der Pumpenkammer 20 alternierend ändert.
Bei Vergrößerung des Volumens entsteht in der Pumpenkammer 20 ein Unterdruck, so dass Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 30 durch das Einlassventil 21 angesaugt wird. Bei Verringerung des Volumens wird Kraftstoff aus der Pumpenkammer 20 durch das Auslassventil 22 in den Kraftstoffraum 29 gedrückt. Durch das geöffnete Regelventil 12 gelangt der Kraftstoff in die Regelkammer 9. Wenn in der Regelkammer 9 ein vorbestimmter Kraftstoffdruck von beispielsweise 100 mbar erreicht ist, hat sich die erste Membran 8 so weit gegen die Feder 17 in die zweite Stellung bewegt, und demzufolge hat sich der Hebel 16 um den Drehpunkt 15 gedreht, dass dieser das Ventilschließglied 13 gegen den Ventilsitz 14 drückt, wodurch das Regelventil 12 geschlossen wird. Erst bei Entnahme von Kraftstoff aus der Regelkammer 9 durch Einspritzen in den Kurbelraum 37 sinkt das Druckniveau in der Regelkammer 9, so dass die erste Membran 8 von der Feder 17 gegen den Hebel 16 in die erste Stellung gedrückt wird und das Regelventil 12 wieder öffnet.
Im Zuge der Montage eines mit dem vorstehend beschriebenen Kraftstoffversorgungssystem ausgestatteten Geräts oder auch nach einer Reparatur ist es erforderlich, die Kraftstoffleitungen und Kammern des Kraftstoffsystems einer Dichtprüfung zu unterziehen, wobei die Gesamtheit der Kraftstoffleitungen bis zum Anschluss am Kurbelgehäuse in die Dichtprüfung einzubeziehen ist. Die Dichtprüfung muss jedoch mit einem wesentlich höheren Druck erfolgen, der in der Regel ein Vielfaches des normalen Arbeitsdrucks (wie oben angegeben beispielsweise 100 mbar) beträgt. Im vorliegenden Beispiel beträgt der notwendige Prüfdruck ca. 800 mbar. Da das Regelventil 12 jedoch bei einem Druckniveau von 100 mbar in der Regelkammer 9 schließt, würde eine Druckbeaufschlagung des Kraftstoffversorgungssystems, zum Beispiel des Tankinnenraums mit dem Prüfdruck, lediglich die Kraftstoffleitungen bis zum Regelventil erfassen, aber nicht die nachgeordneten Kraftstoffleitungen.
Gemäß Darstellung in der Zeichnung ist eine Vorrichtung 41 zur Dichtheitsprüfung vorgesehen, die aus einem Prüfdruckgerät 42 und Prüfdruckleitungen 43, 44 besteht, wobei die Prüfdruckleitung 43 an den Einfüllstutzen 33 des Kraftstofftanks 30 und die Prüfdruckleitung 44 an den Anschlussstutzen 11 des Gehäusedeckels 6 angeschlossen ist. Zum einfachen Anschließen und sicheren Abdichten ist die Prüfdruckleitung 43 an ihrem freien Ende mit einem Kupplungsstück 45 versehen, das in dem Einfüllstutzen 33 befestigt wird und die Prüfdruckleitung 44 mit einem Anschlussstück 46 versehen, das in das offene Ende des Anschlussstutzens 11 eingesetzt wird.
Zur Dichtheitsprüfung des Kraftstoffversorgungssystems werden die Prüfdruckleitungen 43, 44 wie in der Zeichnung dargestellt, an den Einfüllstutzen 33 und Anschlussstutzen 11 angeschlossen. Dann wird vom Prüfdruckgerät 42 über die Prüfdruckleitungen 43, 44 dem Innenraum des Kraftstofftanks 30 im Bereich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und dem Raum 10 im Gehäusedeckel 6 Luft zugeführt und damit der Druck erhöht bis zum Erreichen des vorgesehenen Prüfdrucks, beispielsweise 800 mbar. Durch den Druckanstieg im Kraftstofftank 30 wird auch der Druck im Kraftstoffsystem in gleicher Weise erhöht, das heißt, alle Kraftstoffleitungen 25, 26, 27, 28, 31, 34 sowie Kraftstoffkammern 9, 20, 24, 27, 29 werden von dem selben Druckniveau beaufschlagt. Da auch in dem Raum 10 im Gehäusedeckel 6 der Prüfdruck ebenso aufgebaut ist, ist die Druckbeaufschlagung auf beiden Seiten der ersten Membran 8 gleich, so dass sich diese in der dritten Stellung befindet, bei der das Regelventil 12 geöffnet ist. Auf diese Weise kann der Prüfdruck vom Tank bis zum Ventil 35 alle kraftstoffführenden Komponenten beaufschlagen und die Dichtheit des Systems geprüft werden.
Nach Beendigung der Prüfung werden das Kupplungsstück 45 und das Anschlussstück 46 vom Einfüllstutzen 33 und Anschlussstutzen 11 gelöst. Das Kraftstoffversorgungssystem ist dann ohne weitere Maßnahem sofort betriebsfähig.
Eine alternative Ausführung der Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung ist in 2 dargestellt. Diese besteht darin, dass vom Prüfdruckgerät 42 lediglich die Prüfdruckleitung 43 zum Kraftstofftank 30 führt und mit dem Kupplungsstück 45 am Einfüllstutzen 33 befestigt wird. Die zum Offenhalten des Regelventils 12 erforderliche weitere Kraftkomponente an der ersten Membran 8 wird durch eine mechanische Vorrichtung aufgebracht, die in 2 in Form eines in einer Führung 48 am Gehäusedeckel 6 gelagerten Stößels 47 ausgeführt ist. Vorzugsweise ist dieser Stößel konzentrisch in der Feder 17 angeordnet, so dass eine gezielte Krafteinleitung auf die Membran 8 an der Stelle erfolgt, an der die Membran 8 in Wechselwirkung mit dem Hebel 16 steht. Durch Kraftbeaufschlagung des Stößels 47 in Richtung des Pfeils F und Halten des Stößels in dieser Position, z. B. durch Verrastung, wird die aus beiden Kraftkomponenten gebildete Gegenkraft erzeugt, so dass die erste Membran 8 auch bei Erhöhung des Drucks in der Regelkammer 9 in der dargestellten dritten Stellung bleibt. Um den Raum 10 mit der Außenseite zu verbinden, damit die Membran 8 vom Umgebungsdruck beaufschlagt wird, sind in dem Gehäusedeckel 6 Öffnungen 49 vorgesehen. Bezüglich aller übrigen Elemente stimmen die Bezugszeichen für gleiche Teile mit denjenigen der 1 überein.

Claims

Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines einen Kraftstofftank (30) und ein Ventil (35) zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor (38) und Kraftstoffleitungen (31, 34) zwischen diesen Komponenten umfassenden Kraftstoffversorgungssystems, in dem ein mittels einer Membran (8) gesteuertes Regelventil (12) angeordnet ist, wobei die Membran (8) eine mit Kraftstoff gefüllte Regelkammer (9) begrenzt und bei Druckanstieg in der Regelkammer (9) das Regelventil (12) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffversorgungssystem stromauf des Regelventils (12) von einem Prüfdruck mit einem vorgegebenen Druckniveau beaufschlagt und dieser Druck in dem Kraftstoffversorgungssystem aufgebaut wird, und dass die Membran (8) auf ihrer der Regelkammer (9) abgewandten Seite von einer Gegenkraft beaufschlagt wird, deren Größe so eingestellt wird, dass sie mindestens der vom Prüfdruck in der Regelkammer (9) auf die Membran (8) wirkenden Druckkraft entspricht, so dass das Regelventil (12) in geöffneter Stellung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft aus einer durch eine Feder (17) erzeugte Kraftkomponente und einer weiteren auf die Membran (8) in derselben Richtung wirkenden Kraftkomponente gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kraftkomponente auf die Membran (8) dadurch aufgebracht wird, dass an einen von der Membran (8) begrenzten abgedichteten Raum (10) eine Prüfdruckleitung (44) angeschlossen und ein Druck in diesem Raum (10) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von an einem Prüfdruckgerät (42) angeschlossenen Prüfdruckleitungen (43, 44) eine an einem Einfüllstutzen (33) des Kraftstofftanks (30) befestigt und eine andere an einem Anschlussstutzen (11) eines die Membran (8) überspannenden Gehäusedeckels (6) angeschlossen wird und von dem Prüfdruckgerät (42) gleichzeitig der Prüfdruck dem Kraftstofftank (30) und dem Raum (10) im Gehäusedeckel (6) zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kraftkomponente mechanisch erzeugt und auf die Membran (8) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Erzeugung der weiteren Kraftkomponente ein auf die Membran (8) wirkender Stößel (47) vorgesehen ist.
Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Kraftstoffsystems gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (41) ein Prüfdruckgerät (42) mit mindestens einer daran befindlichen Prüfdruckleitung (43) umfasst, wobei diese Prüfdruckleitung (43) an das Kraftstoffversorgungssystem anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Prüfdruckgerät (42) eine weitere Prüfdruckleitung (44) vorgesehen ist, die an einem Gehäusedeckel (6), der einen von der Membran (8) begrenzten Raum (10) überspannt, anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfdruckleitung (43) an einen Einfüllstutzen (33) des Kraftstofftanks (30) anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende der Prüfdruckleitung (43) mit einem Kupplungsstück (45) versehen ist, das in dem Einfüllstutzen (33) befestigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Prüfdruckleitung (44) mit einem Anschlussstück (46) versehen ist, das mit einem Anschlussstutzen (11) am Gehäusedeckel (6) verbindbar ist.