DE19737064A1 - Verfahren zum Prüfen einer unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit in einer Anlage auf Dichtheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Prüfen einer unter Hochdruck stehenden Flüs­ sigkeit in einer Anlage auf Dichtheit, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftma­ schine.

Aus der DE 37 13 255 A1 ist ein Verfahren zur Prüfung von geschlossenen Behältern auf Dichtigkeit bekannt. Als Beispiel für einen Behälter ist dabei ein Koffer­ raum eines Kraftfahrzeuges genannt. Der Behälter bzw. Kofferraum ist drucklos und in dem Inneren wird ein Gas erzeugt, das eine Temperatur aufweist, die deut­ lich unterhalb der Umgebungstemperatur des Behälters liegt. Außerhalb des Behälters ist eine Wärmebilder­ fassungseinrichtung vorgesehen, die Undichtigkeiten des Behälters durch die austretenden wesentlich unter­ halb der Umgebungstemperatur liegenden Gase fest­ stellt. Hierfür werden z. B. Infrarotkameras vorge­ schlagen.

In der WO 96/30748 ist ein Verfahren zum Entdecken von Unregelmäßigkeiten in einem Behälter beschrieben, wo­ bei durch Druck- oder Temperaturdifferenzen an der Behälterwand Leckstellen erkannt werden.

Aus der DE 33 05 005 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperaturverteilung längs einer Strecke einer Rohrleitung bekannt, wobei die Temperaturverteilung mit Hilfe ein oder mehrerer entlang der Strecke äquidistant angeordneter Thermo­ elemente oder Thermistoren bestimmt werden soll. Eben­ so werden für diesen Zweck Infrarot-Kameras vorge­ schlagen.

Bei Anlagen, die unter Hochdruck stehen, wie dies z. B. für Kraftstoffeinspritzanlagen mit über 1000 bar der Fall ist, ist eine Dichtigkeitsprüfung besonders wich­ tig, da dabei ein sehr hoher Druck konstant an allen Dichtstellen bzw. Dichtanschlüssen ansteht. Leckstel­ len, die bei konventionellen Systemen bzw. bei niede­ ren Drücken noch als dicht anzusehen sind, müssen bei derartigen Hochdruckanlagen jedoch präzise erkannt werden.

Bekannt ist es, hierzu die Dichtigkeit einer Kraft­ stoffeinspritzanlage durch Druckabfallmessungen zu bestimmen. Hierzu wird das System auf Druck gebracht und anschließend beobachtet, wie schnell der Druck abfällt. Da bei einer Einspritzanlage üblicherweise an bestimmten Stellen zwangsweise Leckstellen vorhanden sind, wie z. B. an der Einrichtung Düse/Steuerkolben, ist ein gewisser Druckabfall unvermeidbar. Dies bedeu­ tet, dieses aus der Praxis bekannte Druckabfallmeßsys­ tem ist relativ ungenau, denn kritische Leckstellen können unter Umständen im Gesamtdruckabfall unterge­ hen.

Als Alternative dazu ist es aus der Praxis bekannt, Sichtprüfungen vorzunehmen. Dabei wird jedoch ein Leck erst dann erkannt, wenn die austretende Flüssigkeit, z. B. der Kraftstoff, alle Hohlräume gefüllt hat und aus der Verschraubung austritt. Bei kleineren Lecks kann dies zum Teil sehr lange dauern. Dies bedeutet, dieses Verfahren ist ebenfalls sehr ungenau und sehr schlecht automatisierbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Über­ prüfung einer unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit in einer Anlage auf Dichtheit, insbesondere einer Kraft­ stoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, zu schaffen, durch die mit relativ einfachen Maßnahmen sehr genau und vor allen Dingen auch sehr schnell eventuell vorhandene Undichtigkeiten in der Anlage festgestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Erfinder haben bei der Lösung der gestellten Auf­ gabe die Erkenntnis verwendet, daß eine unter Hoch­ druck stehende Flüssigkeit, wie es z. B. mit Kraftstoff bei einer Kraftstoffeinspritzanlage der Fall ist, sich bei ihrem Austritt an einer Undichtigkeitsstelle beim Entspannen je nach Druckdifferenz erheblich erwärmt. Dieser Effekt wird nun erfindungsgemäß dazu verwendet, daß die auftretende Erwärmung meßtechnisch erkannt bzw. erfaßt wird. Hierzu ist es lediglich erforder­ lich, an den Stellen, an denen eine Leckage auftreten kann, entsprechende Meßgeräte vorzusehen bzw. diese Stellen durch Meßgeräte überwachen zu lassen. Hierfür sind z. B. an sich bekannte Wärmebildkameras und/oder Thermoelemente möglich, die abnormale Temperaturerhö­ hungen sofort als Leck erkennen.

Nicht zugängliche oder schwer zugängliche Stellen kön­ nen durch ein gesondert von außen in den Dichtspalt zuzuführendes leichtflüchtiges Medium erkannt werden. Liegt an dem Dichtspalt eine Undichtigkeit vor, so erwärmt und verdampft der aus tretende und sich dabei erwärmende Kraftstoff das leichtflüchtige Medium. Die Verdampfungsrate läßt sich dann entsprechend über eine Schlierenbildung wahrnehmen.

Dies bedeutet in vorteilhafter Weise, daß nicht solan­ ge gewartet werden muß, bis der Dichtspalt vollständig von Kraftstoff erfüllt ist und dessen Austritt dann festgestellt werden kann. Insbesondere für die Fest­ stellung von Undichtigkeiten an Einspritzinjektoren ist dieses Verfahren besonders geeignet, da diese im allgemeinen schwer zugänglich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung hierzu, wie sie in den Ansprüchen 5 bis 8 beschrieben ist, kann sowohl zur Überprüfung einzelner Teile einer Hochdruckanlage als auch zur Überprüfung der Hoch­ druckanlage in ihrer Gesamtheit im eingebauten Zustand verwendet werden.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brenn­ kraftmaschine mit Wärmebildkameras,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brenn­ kraftmaschine mit Thermoelementen, und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Einspritzinjektor der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzanlage.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Kraft­ stoffeinspritzanlage eines Kraftfahrzeuges beispiels­ weise beschrieben, sie ist jedoch selbstverständlich grundsätzlich auch zur Überprüfung von anderen unter einem ähnlich hohen Druck stehenden Anlagen geeignet.

Als wesentliche Bauteile weist eine Kraftstoffein­ spritzanlage eine Hochdruckpumpe 1 auf, von der aus eine Kraftstoffzuleitung 2 zu einem Kraftstoffvertei­ ler 3 führt. Von dem Kraftstoffverteiler 3 aus führen einzelne Zweigleitungen 4 zu Einspritzinjektoren 5. Bei dem Ausführungsbeispiel sind vier Einspritzinjek­ toren 5 mit entsprechenden einzelnen Zweigleitungen 4 vorgesehen. Die Einspritzanlage weist insbesondere gegen Leckagen gefährdete Hochdruckanschlüsse 6 an der Verbindung der Zuleitung 2 mit der Hochdruckpumpe 1 und dem Kraftstoffverteiler 3, sowie weitere Hoch­ druckanschlüsse 6 an der Verbindung zwischen dem Kraftstoffverteiler 3 und den Zweigleitungen 4 sowie zwischen den Zweigleitungen 4 und den jeweils dazuge­ hörigen Einspritzinjektoren 5 auf. Derartige Hoch­ druckanschlüsse sind im allgemeinen mit Überwurfmut­ tern versehen, an denen bei nicht fachgerechter Monta­ ge eine Undichtigkeit entstehen kann.

Zur Überwachung der Anlage, insbesondere der Hoch­ druckanschlüsse 6 sind gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 um die Anlage verteilt ein oder mehrere Wärme­ bildkameras 7 vorgesehen.

Je nach Qualität der Wärmebildkameras 7 bzw. deren Auflösevermögen und der Größe der Anlage ist gegebe­ nenfalls eine einzige Wärmebildkamera 7 zur Überwa­ chung ausreichend.

Wird die Anlage oder werden einzelne Teile davon vor ihrer Montage in einem Kraftfahrzeug geprüft, so wird man im allgemeinen die zu prüfende Anordnung an einer Wärmebildkamera 7 vorbei führen, wodurch nacheinander die zu prüfenden Stellen von der oder den Wärmebildka­ meras 7 erfaßt werden.

Ist erst eine Überprüfung im eingebauten oder vormon­ tierten Zustand vorgesehen, so sind entsprechend Wär­ mebildkameras 7 um die Anlage zu verteilen.

Anstelle einer Überprüfung auf Dichtheit durch Wärme­ bildkameras 7 können alternativ oder auch in Verbin­ dung mit Wärmebildkameras gemäß Fig. 2 Thermoelemente 8 vorgesehen werden. In diesem Falle werden auf die Druckanschlüsse 6 oder ganz in der Nähe der Druckan­ schlüsse 6 Thermoelemente 8 aufgelegt bzw. angeordnet, die über blattfederartige Stäbe 9 mit einer Befesti­ gungseinrichtung in Form eines Befestigungsstabes 10 elastisch verbunden sind. Durch die blattfederartigen Stäbe 9 wird eine elastische und damit sichere Anpres­ sung der Thermoelemente 8 an die zu messenden Stellen, nämlich die Hochdruckanschlüsse 6, erreicht. Über die blattfederartigen Stäbe 9 und die Befestigungseinrich­ tung 10 können auch über Steuerleitungen (nicht darge­ stellt) Impulse bzw. Signale, die bei einer Undichtig­ keit der sich erwärmenden Thermoelemente 8 auftreten, zu einer Temperaturmeßdatenauswertung weitergeleitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 läßt sich auch für eine automa­ tische Sortierung mit einem Ausscheiden von undichten Teilen kombinieren.

Bei Verwendung von Wärmebildkameras 7 lassen sich die aufgrund einer Leckage entstehenden Temperaturerhöhun­ gen, die bei Kraftstoff in einer Einspritzanlage z. B. 70°K betragen kann, an den in Frage kommenden Stellen durch Helligkeitsunterschiede an den bzw. in den Wär­ mebildkameras 7 feststellen. Durch Bildauswertungsal­ gorithmen kann dieser Prozeß auch automatisiert wer­ den.

Für schwer zugängliche Stellen, in denen z. B. auch längere Dichtspalte bzw. Dichtstrecken vorhanden sind, wie dies z. B. bei Einspritzinjektoren 5 der Fall ist, kann alternativ oder zusätzlich noch ein weiteres Ver­ fahren mit Hilfe eines leichtflüchtigen Mediums zur Prüfung auf Dichtheit vorgenommen werden. Dieses Ver­ fahren ist in der Fig. 3 prinzipmäßig dargestellt. Der Einspritzinjektor 5 weist einen Injektorkörper 11 auf, in dessen Inneren sich eine Einspritzdüse 12 befindet.

Der Einspritzinjektor 5 wird durch eine Pratze 13 und eine Pratzenbefestigungsschraube 15 in einer Zylinder­ kopfhaube 15 positioniert. Über nicht dargestellte Verbindungsbohrungen erhält die Einspritzdüse 12 Kraftstoff unter Hochdruck, den sie am unteren Ende in einen Brennraum einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspritzen soll. Zur Abdichtung zwischen der Einspritzdüse 12 und dem Injektorkörper 11 ist im unteren Bereich eine Dichtscheibe 16 vorge­ sehen. Bei einer Undichtigkeit kann in einem Spalt 17 zwischen der Einspritzdüse 12 und dem diese umgebenden Injektorkörper 11 Kraftstoff nach oben steigen und dort austreten. Je nach Größe der Undichtigkeit kann dies jedoch längere Zeit dauern. Um jedoch eine Un­ dichtigkeit an dieser Stelle deutlich schneller fest­ zustellen, wird in den Spalt 17 von oben bzw. von au­ ßen her ein leichtflüchtiges Medium gefüllt, das sich in dem Spalt nach unten bis zur Dichtscheibe 16 aus­ breitet. Liegt nun im Bereich der Dichtscheibe 16 eine Undichtigkeit vor und tritt entsprechend Kraftstoff unter Hochdruck aus der Einspritzdüse 12 aus, so er­ wärmt sich dieser bei der Entspannung auf Umgebungs­ druck beträchtlich. Durch diese Erwärmung kann das leichtflüchtige Medium verdampfen und die Ver­ dampfungsrate läßt sich entsprechend am Austritt aus dem Spalt 17 über eine Schlierenbildung 18 durch die Wärmebildkamera 7 feststellen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Prüfen einer unter Hochdruck stehen­ den Flüssigkeit in einer Anlage auf Dichtheit, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, durch Feststellen der an einer Undichtigkeit auftretenden Wärme aufgrund einer Entspannung der in der Anlage unter Druck stehen­ den Flüssigkeit beim Austritt aus einer Undichtig­ keitsstelle.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Undichtigkeit durch ein oder mehrere Wärme­ bildkameras (7) festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Undichtigkeit durch Thermoelemente (8) festge­ stellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Dichtspalt (17) zu dessen Überprüfung ein leichtflüchtiges Medium eingebracht wird, das bei Erwärmung durch die auftretende Flüssigkeit ver­ dampft.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Wärmebildkameras (7) um die Anla­ ge zur Überwachung von Druckanschlußstellen (6) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Thermoelemente (8) an Druckan­ schlußstellen (6) der Anlage zur Überwachung der Dichtigkeit vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 für die Überwa­ chung einer Einspritzanlage einer Brennkraftma­ schine mit einer Hochdruckpumpe, einer Kraftstoff­ zuleitung zu einem Kraftstoffverteiler, und mit von dem Kraftstoffverteiler aus zu Einspritzinjek­ toren führenden Zweigleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung von Druckanschlußstellen (8) der Kraftstoffzuleitung (2) an dem Kraftstoffverteiler (3), den Zweigleitungen (4) und den Einspritzin­ jektoren (5) Wärmebildkameras (7) und/oder Thermo­ elemente (8) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (8) an oder in der Nähe der Druckanschlüsse (6) anliegen und über federelasti­ sche Elemente (9) an einer Befestigungseinrichtung (10) befestigt sind.