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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Dichtringextrusion bei einem Injektor einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
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Injektoren von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die insbesondere als Common-Rail-Einspritzsysteme ausgestaltet sein können, enthalten zumindest eine Düsennadel, die zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung Hübe durchführt, die im folgenden auch als Injektorhübe bezeichnet werden. Beim Betrieb der Injektoren kann es zu Verschleißerscheinungen kommen. Verschleißanfällig sind zum einen Dichtringe, die im Injektor einen Niederdruckbereich von einem Hochdruckbereich trennen. Aufgrund der extrem hohen Drücke im Hochdruckbereich kann es an diesen Dichtringen zu Extrusionserscheinungen kommen, durch welche die Dichtringe mehr oder weniger undicht werden. Zum anderen kann ein Ventilkolben, der sich bei jedem Injektorhub bewegt, verschleißen. Auch der Ventilkolben trennt innerhalb des Injektors den Niederdruckbereich vom Hochdruckbereich. In Abhängigkeit des Ventilkolbenverschleißes kommt es daher ebenfalls zu einer mehr oder weniger großen Leckage entlang des Ventilkolbens.
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Solange die Leckagen aufgrund von Dichtringextrusion und Ventilkolbenverschleiß klein sind, ergeben sich dadurch keine Nachteile für die Funktionsfähigkeit des Injektors. Denn der Injektor ist zweckmäßig so aufgebaut, dass Leckagen über den Dichtring und den Ventilkolben in einen Rücklaufbereich gelangen, in den auch eine Steuermenge zum Ansteuern der Düsennadel sowie konstruktionsbedingte Leckagen eintreten. Eine aus dem Rücklaufbereich abgeführte Rücklaufmenge setzt sich somit aus einer Steuermenge und aus einer Leckage zusammen. Die Leckage kann zum einen die konstruktionsbedingten Leckagen und zum anderen die durch Verschleiß verursachten Leckagen über den Dichtring und den Ventilkolben umfassen.
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Zunehmender Verschleiß am Dichtring und am Ventilkolben führt somit zu einem Anstieg der Leckage und letztlich zu einem Anstieg der Rücklaufmenge. Durch Messen der Rücklaufmenge kann somit festgestellt werden, ob ein zulässig hoher Verschleiß vorliegt. Hierbei kann jedoch nicht unterschieden werden, ob die erhöhte Rücklaufmenge aufgrund einer Dichtringextrusion oder aufgrund von Ventilkolbenverschleiß auftritt. Die Unterscheidung zwischen Dichtringextrusion und Ventilkolbenverschleiß kann bislang nur dadurch erfolgen, dass der jeweilige Injektor aus der Brennkraftmaschine ausgebaut und in seine Einzelteile zerlegt wird. Nur dann können Dichtring und Ventilkolben näher untersucht werden, um die jeweilige Leckageursache bestimmen zu können.
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Es ist jedoch von erhöhtem Interesse, zwischen einer Leckage aufgrund von Dichtringextrusion und einer Leckage aufgrund von Ventilkolbenverschleiß unterscheiden zu können. Denn während der Injektor bei einem Ventilkolbenverschleiß noch relativ lange funktionsfähig bleibt, kann eine Dichtringextrusion vergleichsweise rasch zunehmen und in der Folge zu einer unzulässig hohen Leckagemenge führen. Eine überhöhte Rücklaufmenge kann jedoch zu Funktionsstörungen der Brennkraftmaschine führen.
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Aus der
DE 199 36 102 C1 ist ein Verfahren zur Überprüfung von in Common-Rail-Einspritzsystemen eingesetzten Einspritzinjektoren bekannt, das mit der Erfassung der Leckmenge und deren Abgleich mit vorgegebenen Grenzwerten arbeitet. Aus der
DE 42 43 178 AI ist weiter ein Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile bei einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zusätzliche Zündungen in einem Zylinder der Brennkraftmaschine erkannt werden. Aus der
DE 195 13 158 AI ist weiterhin eine Einrichtung zur Erkennung eines Lecks in einem Kraftstoffversorgungssystem bekannt, bei dem der Kraftstoffdruckverlauf nach Abschalten der Brennkraftmaschine ausgewertet wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass ohne Demontage des Injektors aus der Brennkraftmaschine und ohne Zerlegung des Injektors festgestellt werden kann, ob eine Dichtringextrusion vorliegt oder nicht. Hierdurch kann die Gefahr einer überhöhten Rücklaufmenge durch Austausch des betreffenden Injektors reduziert werden. Des Weiteren können die Wartungskosten für die Kraftstoffeinspritzeinrichtung erheblich gesenkt werden, da nur diejenigen Injektoren ausgetauscht werden müssen, bei denen eine Dichtringextrusion vorliegt.
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Die Erfindung beruht zum einen auf der Erkenntnis, dass sich die Zusammensetzung der Rücklaufmenge aus Steuermenge, konstruktionsbedingter Leckage und verschleißbedingter Leckage (Ventilkolbenverschleiß und Dichtringextrusion) in Abhängigkeit des Lastzustands der Brennkraftmaschine ändert. Zum anderen beruht die Erfindung auch auf der Erkenntnis, dass die durch Ventilkolbenverschleiß bedingte zusätzliche Leckagemenge bei zunehmendem Ventilkolbenverschleiß über einen bestimmten Grenzwert nicht hinausgeht, sofern die Brennkraftmaschine bei niedriger Last und/oder bei kleiner Drehzahl betrieben wird. Im Unterschied dazu ist die durch Dichtringextrusion bedingte Leckagemenage stark vom jeweiligen Verschleißgrad abhängig. Dementsprechend erkennt die vorliegende Erfindung eine unzulässig große Dichtringextrusion dann, wenn die gemessene Rücklaufmenge größer ist als eine vorbestimmte Grenzrücklaufmenge, die den vorgenannten Grenzwert für die durch Ventilkolbenverschleiß bedingte Leckagemenge berücksichtigt.
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Vorzugsweise erfolgt die Messung der Rücklaufmenge bei einem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, da dort sowohl eine niedrige Last als auch eine kleine Drehzahl vorliegen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann beim Injektor auch das Vorliegen eines unzulässig großen Ventilkolbenverschleißes erkannt werden, und zwar dadurch, dass die gemessene Rücklaufmenge kleiner ist als die Grenzrücklaufmenge und außerdem größer ist als eine vorbestimmte Toleranzrücklaufmenge. Diese Toleranzrücklaufmenge setzt sich dabei aus der Steuermenge und aus der konstruktionsbedingten Leckage zusammen und kann dabei außerdem mit einem Toleranzfaktor versehen sein, um toleranzbedingte Schwankungen der Rücklaufmenge bei einem neuen oder verschleißfreien Injektor sowie tolerierbare Verschleißerscheinungen zu berücksichtigen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit demontagefrei erkannt werden, ob der jeweilige Injektor im Rahmen der Toleranz verschleißfrei ist oder ob er unzulässige Dichtringextrusion und/oder unzulässigen Ventilkolbenverschleiß aufweist. In Abhängigkeit der festgestellten bzw. nicht festgestellten Fehler bzw. Verschleißerscheinungen kann dann eine geeignete Wartungsmaßnahme veranlasst werden.
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Zweckmäßig kann das Verfahren dadurch realisiert werden, dass am jeweiligen Injektor anstelle eines Rücklaufschlauchs ein Messgefäß angeschlossen wird, mit dessen Hilfe die Rücklaufmenge besonders einfach gemessen werden kann. Während des Messbetriebs der Brennkraftmaschine sammelt sich die Rücklaufmenge im Messgefäß und kann dort entsprechend gemessen werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
- Die einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Injektor einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Entsprechend 1 umfasst ein Injektor 1 einen Hochdruckanschluss 2, einen Steuersignalanschluss 3, einen Rücklaufanschluss 4, einen Injektorkörper 5 und eine Düsennadel 6. Der Injektor 1 bildet dabei einen Bestandteil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer hier nur angedeuteten Brennkraftmaschine 7, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Im montierten Zustand ist der Injektor 1 wie hier mit seinem Injektorkörper 5 in die Brennkraftmaschine 7 eingesetzt.
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Im Betrieb wird der Injektor 1 über den Hochdruckanschluss 2 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Bei einem sogenannten Common-Rail-System sind mehrere Injektoren 1 über ihren jeweiligen Hochdruckanschluss 2 an eine gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung angeschlossen.
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An den Rücklaufanschluss 4 ist im Betrieb ein Rücklaufschlauch angeschlossen, über den eine Rücklaufmenge vom Injektor 1 abgeführt und zweckmäßig einem Kraftstofftank zugeführt wird. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann anstelle des Rücklaufschlauchs entsprechend 1 ein Messgefäß 8 an den Rücklaufanschluss 4 des Injektors 1 angeschlossen sein. Dieses Messgefäß 8 besitzt hierzu beispielsweise einen Anschlussstutzen 9, der wie der Rücklaufschlauch komplementär zum Rücklaufanschluss 4 gestaltet ist. Auf diese Weise kann das Messgefäß 8 mit einem Anschlussstutzen 9 auf den Rücklaufanschluss 4 des Injektors 1 aufgesteckt werden. Vorzugsweise kann der Anschlussstutzen 9 außerdem mit einer Dichtung 10 ausgestattet sein, um Leckagen beim Messen der Rücklaufmenge zu vermeiden.
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Vorzugsweise ist das Messgefäß 8 transparent ausgeführt und mit einer Skala 11 versehen, was das Ablesen der Rücklaufmenge erleichtert.
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Während der Hochdruckanschluss 2 mit einem Hochdruckbereich 12 des Injektors 1 kommuniziert, ist der Rücklaufanschluss 4 mit einem Niederdruckbereich 13 des Injektors 1 verbunden. Um im Injektorkörper 5 den Hochdruckbereich 12 vom Niederdruckbereich 13 zu trennen, ist zum einen ein Ventilkolben 14 vorgesehen, der zusammen mit der Düsennadel 6 hubverstellbar im Injektorkörper 5 gelagert ist. Dieser Ventilkolben 14 ist einerseits dem Hochdruckbereich 12 und andererseits dem Niederdruckbereich 13 ausgesetzt. Des Weiteren ist der Ventilkolben 14 in einer Hülse 15 axial geführt und gelagert. Die Abmessungen von Hülse 15 und Ventilkolben 14 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass zumindest im Neuzustand trotz der großen Druckdifferenz zwischen Hochdruckbereich 12 und Niederdruckbereich 13 keine oder nur eine minimale, tolerierte Leckage entlang der Axialführung auftritt. Die dabei entstehende Leckagemenge ist konstruktionsbedingt und wird über den Rücklauf, also durch den Rücklaufanschluss 4, abgeführt.
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Die Hülse 15 ist in den Injektorkörper 5 fest eingesetzt, wobei zwischen Hülse 15 und Injektorkörper 5 wenigstens ein Dichtring 16 angeordnet ist, der somit ebenfalls den Hochdruckbereich 12 vom Niederdruckbereich 13 trennt.
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Über den Steuersignalanschluss 3 wird im Betrieb des Injektors 1 ein elektrisch betätigbarer Aktuator 17 angesteuert, um ein Anheben bzw. ein Absenken der Düsennadel 6 zu bewirken.
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Im Betrieb des Injektors 1 fällt bei jedem Einspritzvorgang eine Rücklaufmenge an, die sich zumindest bei servobetätigten Düsennadeln 6 aus einer Steuermenge und aus einer konstruktionsbedingten Leckagemenge zusammensetzt. Die Rücklaufmenge wird über den Rücklaufanschluss 4 abgeführt. Bei jedem Einspritzvorgang führt die Düsennadel 6 einen Öffnungshub und einen Schließhub aus, was im folgenden auch als Injektorhub bezeichnet wird.
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Im Betrieb des Injektors 1 kann es aufgrund der hochfrequenten Injektorhübe zu Verschleißerscheinungen kommen. Relevant ist im vorliegenden Zusammenhang zum einen ein Ventilkolbenverschleiß, der sich durch eine zunehmende Leckage entlang des Ventilkolbens 14 charakterisiert. Zum anderen können die hochfrequenten Druckpulsationen auch zu einer Extrusion des Dichtrings 16 führen. Auch diese Dichtringextrusion hat eine zunehmende Leckage über den Dichtring 16 zur Folge. Konstruktionsbedingt fließen die verschleißbedingten Leckagen in den Niederdruckbereich 13 und erhöhen dadurch die Rücklaufmenge. Um nun feststellen zu können, ob ein unzulässig großer Verschleiß im Injektor 1 vorliegt, und um insbesondere zwischen einer Dichtringextrusion und einem Ventilkolbenverschleiß zuverlässig zu unterscheiden, kann nun das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt werden:
- Die Brennkraftmaschine 7 wird bei niedriger Last und/oder mit kleiner Drehzahl betrieben. Bevorzugt wird dabei ein Betrieb der Brennkraftmaschine 7 im Leerlauf. Im Niedriglastbereich bzw. im Leerlauf wird eine Rücklaufmenge des jeweiligen Injektors 1 gemessen, wobei diese Rücklaufmenge mit dem Injektorhub korreliert wird. Diese mit dem Injektorhub korrelierte Rücklaufmenge steht auf geeignete Weise mit dem Injektorhub in Relation. Beispielsweise wird eine Rücklaufmenge pro Injektorhub ermittelt.
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Die Messung der Rücklaufmenge erfolgt zweckmäßig mit Hilfe des Messgefäßes 8, das anstelle eines Rücklaufschlauchs an den Rücklaufanschluss 4 des Injektors 1 angeschlossen ist. Zur Messung der Rücklaufmenge kann die Brennkraftmaschine 7 bei Leerlauf beispielsweise eine vorbestimmte Zeit betrieben werden. Die in dieser Zeit anfallende Rücklaufmenge kann am Messgefäß 8 besonders einfach abgelesen werden. Über die bekannte Drehzahl der Brennkraftmaschine 7 bei Leerlauf und über die Zylinderzahl und Taktzahl der Brennkraftmaschine 7 kann besonders einfach die Rücklaufmenge je Injektorhub ermittelt werden.
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Durch Vergleichen der gemessenen Rücklaufmenge mit einer vorbestimmten, mit dem Injektorhub korrelierten Grenzrücklaufmenge kann nun erkannt werden, ob eine unzulässig große Dichtringextrusion vorliegt oder nicht. Ist die gemessene Rücklaufmenge größer als die vorbestimmte Grenzrücklaufmenge, liegt eine unzulässig große Dichtringextrusion vor. Ist die gemessene Rücklaufmenge kleiner als die vorbestimmte Grenzrücklaufmenge, liegt keine Dichtringextrusion vor oder liegt die Dichtringextrusion noch in einem tolerierbaren Bereich.
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Die Grenzrücklaufmenge wird dabei so definiert, dass sie einer Rücklaufmenge entspricht, die bei intaktem Dichtring und bei maximalem Ventilkolbenverschleiß auftritt, wenn die Brennkraftmaschine 7 bei niedriger Last und/oder kleiner Drehzahl, vorzugsweise bei Leerlauf, betrieben wird. Die Bestimmung der Grenzrücklaufmenge beruht somit auf der Erkenntnis, dass die Leckage aufgrund von Ventilkolbenverschleiß bei Leerlauf ein Maximum aufweist, und ab diesem Maximum unabhängig vom Verschleiß ist. Wenn also die gemessene Rücklaufmenge größer als die so definierte Grenzrücklaufmenge ist, kann es sich nur noch um Dichtringextrusion handeln.
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Des Weiteren kann beim Injektor auch das Vorliegen eines unzulässig großen Ventilkolbenverschleißes erkannt werden. Dies erfolgt dadurch, dass die gemessene Rücklaufmenge zwar kleiner ist als die Grenzrücklaufmenge, jedoch größer ist als eine vorbestimmte, mit dem Injektorhub korrelierte Toleranzrücklaufmenge. Diese Toleranzrücklaufmenge kann beispielsweise so festgelegt werden, dass bei einem neuen Injektor die Rücklaufmenge, die sich aus der Steuermenge und aus konstruktionsbedingten und insbesondere vom Raildruck bzw. von der Motorlast abhängigen Leckagen zusammensetzt, mit einem Toleranzfaktor multipliziert wird, der zum einen Schwankungen der Rücklaufmenge aufgrund von Herstellungstoleranzen berücksichtigt und zum anderen unkritische Verschleißerscheinungen toleriert. Solange die gemessene, auf den Injektorhub bezogene Rücklaufmenge kleiner ist als die genannte Toleranzrücklaufmenge, kann kein ernsthafter Ventilkolbenverschleiß vorliegen. In der Praxis kann die Toleranzrücklaufmenge etwa halb so groß sein wie die Grenzrücklaufmenge.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, dass ohne Demontage des Injektors 1 von der Brennkraftmaschine 7 und ohne Zerlegung des Injektors 1 erkannt werden kann, ob eine Dichtringextrusion vorliegt oder nicht. In der Folge kann im Rahmen von Wartungsarbeiten besonders kostenfreundlich vorgegangen werden, indem ausschließlich diejenigen Injektoren 1 ausgetauscht werden, bei denen eine Dichtringextrusion festgestellt worden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Injektor
- 2
- Hochdruckanschluss
- 3
- Steuersignalanschluss
- 4
- Rücklaufanschluss
- 5
- Injektorkörper
- 6
- Düsennadel
- 7
- Brennkraftmaschine
- 8
- Messgefäß
- 9
- Anschlussstutzen
- 10
- Dichtung
- 11
- Skala
- 12
- Hochdruckbereich
- 13
- Niederdruckbereich
- 14
- Ventilkolben
- 15
- Hülse
- 16
- Dichtring
- 17
- Aktuator
