Titel

Kompakter Hochdruckspeicher

Die Erfindung betrifft einen kompakten Hochdruckspeicher sowie einen Prüfstand und ein Verfahren zum Prüfen von Kraftstoffeinspritzpumpen, insbesondere von Diesel-Einspritzpumpen.

Stand der Technik

Bei der Prüfung von Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpen ("Common Rail Pumpen (CP)"), insbesondere von Diesel-Einspritzpumpen auf einem Prüfstand wird die Förderleistung der Pumpe an mehreren Prüfpunkten unter definierten Randbedingungen gemessen. Die definierten Randbedingungen umfassen z.B. die Drehzahl, mit der die Pumpe angetrieben wird, den Ausgangsdruck (bis 250 MPa), die Temperatur des von der Pumpe geförderten Prüföls und/oder den Strom zur Zumesseinheit, um die Prüfölmenge, die den Kolben der Hochdruckpumpe zugeführt wird, zu regeln.

Um einen definierten Ausgangsdruck einzustellen, wird das von der Pumpe geförderte Prüföl in einen Hochdruckspeicher ("Rail") geleitet. Dort kann durch ein Stellglied, z.B. ein Proportionalventil oder eine einstellbare Drossel, der gewünschte Gegendruck eingestellt werden.

An einem Ausgang des Stellgliedes tritt das geförderte Prüföl aus dem Hochdruckspeicher aus und wird zur Messung des Volumenstromes in eine Messzelle geführt.

In den bisher bekannten Prüfständen wird die zu prüfende Kraftstoffeinspritzpumpe durch flexible Hochdruckschläuche mit dem Hochdruckspeicher verbunden. So können Kraftstoffeinspritzpumpen unterschiedlichster Bauarten auf demselben Prüfstand mit dem gleichen Hochdruckspeicher geprüft werden. Die hierfür geeigneten Hochdruckschläuche sind teuer und unterliegen aufgrund häufigen Biegens und Verdrehens starkem Verschleiß.

Unterschiedliche Ausführungen der Hochdruckschläuche können zu teilweise unterschiedlichen Fördermengen bzw. Messergebnissen führen. Die Hochdruckschläuche können daher nicht ohne Weiteres durch Hochdruckschläuche eines anderen Lieferanten ersetzt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme, die sich aus dem Einsatz von Hochdruckschläuchen zur Verbindung einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Hochdruckspeicher in einem Prüfstand zum Prüfen der Kraftstoffeinspritzpumpe ergeben, zu vermeiden.

Die Erfindung umfasst einen kompakten Hochdruckspeicher zum Prüfen von Kraftstoffeinspritzpumpen, insbesondere von Diesel-Einspritzpumpen, mit einem Speichervolumen, das zur Aufnahme eines von einer zur prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe geförderten Fluids, insbesondere eines Prüföls, ausgebildet und vorgesehen ist. Der Hochdruckspeicher hat einen starren Anschlussstutzen. In dem Anschlussstutzen ist ein Fluidkanal ausgebildet, der in Fluidverbindung mit dem Speichervolumen steht. Der Anschlussstutzen ist dazu ausgebildet, direkt und fluiddicht mit einem Fluidausgang der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden zu werden.

Die Erfindung umfasst auch einen Prüfstand zum Prüfen von Kraftstoffeinspritzpumpen, insbesondere von Diesel-Einspritzpumpen, mit einer Aufnahme bzw. Halterung, die zum Aufnehmen und Fixieren einer zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe ausgebildet und vorgesehen ist; einem Antrieb, der zum Antreiben einer in der Aufnahme angeordneten Kraftstoffeinspritzpumpe ausgebildet und vorgesehen ist, und wenigstens einem erfindungsgemäß ausgebildeten kompakten Hochdruckspeicher. Der Prüfstand umfasst auch eine Steuer- und Auswertungsvorrichtung, die zum Ansteuern des Antriebs und zum Auswerten von Sensorsignalen ausgebildet ist, die von einem an dem Speichervolumen des wenigstens einen kompakten Hochdruckspeichers angeordneten Drucksensor zur Verfügung gestellt werden. Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein Verfahren des Prüfens einer Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere einer Diesel-Einspritzpumpe. Das Verfahren umfasst, einen Anschlussstutzen wenigstens eines erfindungsgemäß ausgebildeten kompakten Hochdruckspeichers mit einem Fluidausgang der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe zu verbinden; einen Fluideingang der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe mit einer Fluidquelle zu verbinden; die zu prüfende Kraftstoffeinspritzpumpe anzutreiben, um Fluid aus der Fluidquelle in den wenigstens einen kompakten Hochdruckspeicher zu fördern; und den Fluiddruck in dem wenigstens einen kompakten Hochdruckspeicher zu messen und die gemessenen Werte auszuwerten.

Die Anschlussstutzen erfindungsgemäßer kompakter Hochdruckspeicher können direkt an den Hochdruckausgängen der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe angebracht werden. Es werden daher keine teuren und schnell verschleißenden Hochdruckschläuche benötigt, um die Hochdruckausgänge der Kraftstoffeinspritzpumpe den Hochdruckspeichern zu verbinden.

Durch den Verzicht auf verschleißanfällige Hochdruckschläuche kann die Zuverlässigkeit des Prüfstandes erhöht werden.

Die Anschlussstutzen können insbesondere spanend gefertigte Teile sein, die von zahlreichen Lieferanten in derselben Qualität und Ausführung bezogen werden können. Es besteht daher keine Abhängigkeit von einem bestimmten Lieferanten.

Aufgrund der direkten Verbindung der Kraftstoffeinspritzpumpe mit den starren, wohldefinierten Anschlussstutzen können die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse verbessert werden.

In einer Ausführungsform ist der Anschlussstutzen geradlinig ausgebildet. Ein geradlinig ausgebildeter Anschlussstutzen ist besonders einfach herstellbar und ermöglicht es, den Hochdruckspeicher direkt mit einem Hochdruckausgang der Kraftstoffeinspritzpumpe zu verbinden.

In einer Ausführungsform ist der Anschlussstutzen mit wenigstens einem gekrümmten Bereich ausgebildet. Der Anschlussstutzen kann insbesondere mit wenigstens einem Bereich ausgebildet sein, der um zwischen 30° und 90°, insbesondere um 90°, gekrümmt ist. Ein Anschlussstutzen, der mit wenigstens einem gekrümmten Bereich ausgebildet ist, ermöglicht es, den Anschlussstutzen auch dann direkt mit einem Hochdruckausgang der Kraftstoffeinspritzpumpe zu verbinden, wenn eine geradlinige Verbindung aufgrund der Position und/oder der Ausrichtung des Hochdruckausgangs nicht möglich ist.

In einer Ausführungsform ist der gekrümmte Bereich um eine Längsachse des Anschlussstutzens rotierbar, so dass die Ausrichtung des Anschlussstutzens gegenüber dem Hochdruckspeicher variabel, insbesondere rotierbar ist. Dies ermöglicht eine zusätzliche Flexibilität bei der Verbindung des Hochdruckspeichers mit der Kraftstoffeinspritzpumpe, so dass eine Verbindung auch bei schwierigen geometrischen Verhältnissen hergestellt bzw. einfacher hergestellt werden kann.

In einer Ausführungsform ist das Speichervolumen zylinderförmig, insbesondere kreiszylinderförmig ausgebildet. Ein (kreis)zylinderförmig ausgebildetes Speichervolumen kann besonders einfach, beispielsweise in Form einer Bohrung, hergestellt werden.

In einer Ausführungsform ist das Speichervolumen geradlinig, insbesondere entlang einer geraden Achse, ausgebildet.

In einer alternativen Ausführungsform ist das Speichervolumen gekrümmt, insbesondere entlang einer gekrümmten Achse, ausgebildet.

Je nach Geometrie des Prüfstandes und der Kraftstoffeinspritzpumpe kann ein gekrümmt ausgebildeter Hochdruckspeicher einfacher und/oder platzsparender als ein Hochdruckspeicher, der geradlinig ausgebildet ist, an der Kraftstoffeinspritzpumpe anbringbar sein.

Wenigstens eine der Stirnseiten des zylinderförmig ausgebildeten Speichervolumens kann durch einen Dichtkegel zuverlässig fluiddicht abgedichtet sein.

In einer Ausführungsform mündet der Fluidkanal in radialer Richtung in das zylinderförmig ausgebildete Speichervolumen. Ein derartiger Fluidkanal kann besonders einfach, z.B. durch eine zweite Bohrung, realisiert werden. In einer Ausführungsform sind an dem Speichervolumen ein Druckregelventil (DRV) und/oder ein Drucksensor vorgesehen. Das Druckregelventil kann insbesondere an einem ersten Ende des Speichervolumens vorgesehen sein, und der Drucksensor kann insbesondere an einem zweiten Ende des Speichervolumens, das dem erstem Ende gegenüberliegt, vorgesehen sein.

Ein Drucksensor ermöglicht es, den von der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe im Speichervolumen aufgebauten Druck zu messen, um die Funktionsfähigkeit der Kraftstoffeinspritzpumpe zu überprüfen.

Durch das Druckregelventil kann der Druck im Speichervolumen auf einen durch das Druckbegrenzungsventil vorgegebenen Höchstwert begrenzt werden. Der Höchstwert ist am Druckregelventil einstellbar.

Das Druckregelventil kann insbesondere ein Hochdruck-Proportionalventil sein, das den Hochdruck im Speichervolumen durch elektronisches Verstellen des Öffnungsquerschnitts einstellt.

In einer Ausführungsform ist an dem Anschlussstutzen ein Dichtring vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, die Verbindungsstelle zwischen dem Anschlussstutzen und dem Fluidausgang der zu prüfenden Kraftstoffpumpe fluiddicht abzudichten.

In einer Ausführungsform ist an dem Anschlussstutzen ein Dichtkegel vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, den Fluidkanal gegenüber dem Speichervolumen abzudichten.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Prüfstandes, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines kompakten Hochdruckspeichers, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in der Figur 2 gezeigten kompakten Hochdruckspeichers. Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines kompakten Hochdruckspeichers, der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Figurenbeschreibung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Prüfstandes 20 zum Prüfen von Kraftstoffeinspritzpumpen 24, insbesondere Diesel-Einspritzpumpen 24, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Der Prüfstand 20 hat eine Aufnahme 22, die zum Aufnehmen der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe 24 ausgebildet ist und ein Reservoir 23, das ein von der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 zu förderndes Fluid, insbesondere ein Prüföl, enthält.

Fluidleitungen 25a, 25b schaffen Fluidverbindungen eines Fluid-Eingangs 24a und eines Rücklauf-Ausgangs 24b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 mit dem Reservoir 23.

Eine Antriebswelle der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 ist über eine Kupplung 26 mit einem Antrieb 28, der insbesondere einen Elektromotor 28 umfasst, verbunden, so dass die Kraftstoffeinspritzpumpe 24 durch Betreiben des Antriebs 28 antreibbar ist.

In der Figur 1 sind zwei Hochdruckausgänge 30a, 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 24 kann auch nur einen oder mehr als zwei, insbesondere vier oder sechs, Hochdruckausgänge 30a, 30b aufweisen.

Jeder der in der Figur 1 gezeigten Hochdruckausgänge 30a, 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 ist fluidisch mit einem kompakten Hochdruckspeicher la, lb verbunden, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Wenn die Kraftstoffeinspritzpumpe 24 durch den Antrieb 28 angetrieben wird, wird von der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 Fluid aus dem Reservoir 23 entnommen und unter erhöhtem Druck durch die Hochdruckausgänge 30a, 30b in die kompakten Hochdruckspeicher la, lb ausgegeben.

Ein erster Hochdruckspeicher la ist durch einen starren Anschlussstutzen 6, der geradlinig ausgebildet ist, fluidisch mit einem ersten Hochdruckausgang 30a verbunden.

Ein zweiter Hochdruckspeicher lb ist durch einen starren Anschlussstutzen 6, der einen gekrümmten Bereich 10 bzw. ein gekrümmtes Element 10 aufweist, fluidisch mit einem zweiten Hochdruckausgang 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 verbunden. Der gekrümmte Bereich 10 ist insbesondere mit einem Krümmungswinkel von 90° ausgebildet.

Die kompakten Hochdruckspeicher la, lb sind an einer Aufhängung 32, z.B. an einem Galgen, aufgehängt und jeweils mit einem Drucksensor 3 ausgestattet. Die Drucksensoren 3 sind dazu ausgebildet, den Druck des Fluids im jeweiligen Hochdruckspeicher la, lb zu messen.

Die von den Drucksensoren 3 gemessenen Druckmesswerte werden an eine Steuer- und Auswertevorrichtung 34 übertragen, die dazu ausgebildet ist, die von den Drucksensoren 3 gelieferten Druckmesswerte auszuwerten. Auf diese Weisen können die Funktions- und Leistungsfähigkeit der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 überprüft werden.

Die Steuer- und Auswertevorrichtung 34 ist auch dazu ausgebildet, den Antrieb 28 zum Antreiben der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 anzusteuern.

Das Fluid tritt durch einen Abflussstutzen 12, der an jedem der Hochdruckspeicher la, lb ausgebildet ist, aus dem jeweiligen Hochdruckspeicher la, lb aus und wird, z.B. über einen flexiblen Niederdruckschlauch 40, einem Volumenstromsensor 38 zugeführt. Mit dem Volumenstromsensor 38 wird das Volumen des von dem Kraftstoffeinspritzpumpe 24 geförderte Fluids, d.h. die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe 24, gemessen.

Über weitere, in der Figur 1 nicht gezeigte, Fluidleitungen und/oder Schläuche wird das Fluid von den Volumenstromsensoren 38 zurück in das Reservoir 23 geführt. Figur 2 zeigt eine Schnittzeichnung eines kompakten Hochdruckspeichers la, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in der Figur 2 gezeigten kompakten Hochdruckspeichers la.

Der kompakte Hochdruckspeicher la, der in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, hat ein Speichervolumen 36, das zum Aufnehmen von Fluid ausgebildet ist, das von der zur prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe 24 gefördert und durch einen Hochdruckausgang 30a, 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 ausgegeben worden ist. Das Speichervolumen 36 ist zylinderförmig, insbesondere als Kreiszylinder, ausgebildet.

Der kompakte Hochdruckspeicher la hat beispielsweise eine Länge Li zwischen 160 mm und 200 mm, insbesondere eine Länge Li von 180 mm, und einen Durchmesser Di zwischen 30 mm und 50 mm, insbesondere einen Durchmesser Di von 40 mm. Der kompakte Hochdruckspeicher la kann auch mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein, der beispielsweise Abmessung von 30 mm - 40 mm x 40 mm - 50 mm, insbesondere Abmessungen von 34 mm x 45 mm, hat.

Das Speichervolumen 36 hat beispielsweise eine Länge L2 von 120 mm bis 130 mm, insbesondere eine Länge L2 von 124 mm, und einen Durchmesser D2 von 10 mm bis 15 mm, insbesondere einen Durchmesser D2 von 12 mm.

Der kompakte Hochdruckspeicher la hat einen Anschlussstutzen 6 mit einem Fluidkanal 6a, der in Fluidverbindung mit dem Speichervolumen 36 steht.

Der Anschlussstutzen 6 ist starr, d.h. im Gegensatz zu einem flexiblen Schlauch nicht flexibel, ausgebildet. Der Hochdruckspeicher la und der Anschlussstutzen 6 können aus Metall, insbesondere aus vergütetem 42CrMo4-Stahl, ausgebildet sein. Der Hochdruckspeicher la und der Anschlussstutzen 6 können aus dem gleichen Material ausgebildet sein.

Der Anschlussstutzen 6 und der Fluidkanal 6a erstrecken sich orthogonal zur Achse A des zylinderförmig ausgebildeten Speichervolumens 36, so das der Fluidkanal 6a in radialer Richtung in das zylinderförmig ausgebildete Speichervolumen 36 mündet. Die Verbindungsstelle zwischen dem Fluidkanal 6a und dem Speichervolumen 36 ist durch einen Dichtkegel 7 abgedichtet.

An dem äußeren Ende des Anschlussstutzens 6, das von dem Speichervolumen 36 abgewandt ist, befindet sich ein Druckring 9, der von einer zweiteilig ausgebildeten Mutter 8a, 8b umschlossen ist und diese abstützt.

Die zweiteilige Mutter 8a, 8b ist dazu ausgebildet, den Anschlussstutzen 6 fluiddicht mit dem Hochdruckausgang 30a einer Kraftstoffeinspritzpumpe 24 zu verbinden, wie es schematisch in der Figur 1 gezeigt ist.

Der von dem Speichervolumen 36 abgewandte Teil 8b der zweiteiligen Mutter 8a, 8b ist austauschbar. In Abhängigkeit von einem Gewinde, das am Hochdruckausgang 30a der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 ausgebildet ist, kann für diesen Teil 8b der Mutter 8a, 8b ein Teil 8b ausgewählt werden, das ein zum Hochdruckausgang 30a der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 passendes Gewinde, z.B. ein M16xl-Gewinde, aufweist.

Das Speichervolumen 36 ist an seinen beiden Stirnseiten jeweils durch einen Dichtkegel 4 abgedichtet. Auf der in den Figuren 2 und 3 links dargestellten Seite des Speichervolumens 36, die sich näher an dem Anschlussstutzen 6 befindet, ist zusätzlich ein Zwischenkegel 5 vorgesehen.

An der in den Figuren 2 und 3 links dargestellten Stirnseite des Speichervolumens 36 ist auch der Drucksensor 3 vorgesehen, der zum Messen des Drucks des Fluids in dem Speichervolumen 36 ausgebildet ist. In dem Dichtkegel 4 und in dem Zwischenkegel 5 ist jeweils eine Öffnung vorgesehen, so dass der Drucksensor 3 in Fluidverbindung mit dem Speichervolumen 36 steht.

An der gegenüberliegenden Stirnseite, die in den Figuren 2 und 3 rechts dargestellt ist, ist ein Druckregelventil 2 vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, den Druck des Fluids in dem Speichervolumen 36 auf einen vorgegebenen Maximaldruck zu regeln bzw. einzustellen.

Das Druckregelventil 34 wird von der Steuer- und Auswertevorrichtung 34 angesteuert, um den Druck im Speichervolumen 36 einzustellen, bei dem die Kraftstoffeinspritzpumpe 24 geprüft werden soll. An dem Druckregelventil 2 ist auch der Abflussstutzen 12 vorgesehen, durch den das Fluid aus dem Speichervolumen 36 abfließt, wenn das Druckregelventil 2 geöffnet ist.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines kompakten Hochdruckspeichers lb gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Der Aufbau des in der Figur 4 gezeigten Hochdruckspeichers lb entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Hochdruckspeicher la. Elemente, die mit den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Elementen identisch sind, wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut im Detail beschrieben.

In dem in der Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Anschlussstutzen 6 zusätzlich mit einem starren, gekrümmten Bereich oder Element 10 ("Krümmer" 10) ausgestattet. Der starre Krümmer 10 kann beispielsweise als gebogenes Rohrstück ausgebildet sein.

Ein erstes Ende 10a des starren Krümmers 10 ist fluiddicht mit dem Anschlussstutzen 6 verschraubt, und in zweites Ende 10b des Krümmers 10 ist zur fluidischen Verbindung mit einem Hochdruckausgang 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 ausgebildet, wie es zuvor für das äußere Ende des geradlinigen Anschlussstutzens 6 beschrieben worden ist.

Der Krümmer 10 ist insbesondere um 90° gekrümmt, so dass die beiden Enden 10a, 10b des Krümmers 10 in zwei Richtungen weisen 90°, die um 90° gegeneinander verdreht sind.

Der Krümmer 10 ist um die Längsachse des Anschlussstutzens 6 drehbar, so dass die Ausrichtung des zweiten Endes 10b des Krümmers 10 gegenüber dem Hochdruckspeicher lb beliebig einstellbar ist.

Der in der Figur 4 gezeigte Hochdruckspeicher lb kann daher so mit einem Hochdruckausgang 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 verbunden werden, dass die Achse A des Hochdruckspeicher lb gegenüber der Achse des Hochdruckausgangs 30b um 90° gedreht ist, wie es in der Figur 1 gezeigt ist. Bei Bedarf können auch anders ausgebildete Krümmer 10 vorgesehen sein, insbesondere Krümmer 10, bei denen die beiden Enden 10a, 10b um einen anderen Winkel als 90° gegeneinander geneigt sind, so dass der Hochdruckspeichers lb in einer anderen Ausrichtung mit einem Hochdruckausgang 30a, 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 verbunden werden kann. Die Krümmung der Krümmer 10 kann insbesondere an die Geometrie der zu prüfenden Kraftstoffeinspritzpumpe 24 angepasst sein, so dass der Hochdruckspeicher la, lb besonders gut an einem der Hochdruckausgänge 30a, 30b der Kraftstoffeinspritzpumpe 24 angebracht werden kann.

In den in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Speichervolumen 36 jeweils linear, insbesondere zylinderförmig, entlang der geraden Achse A ausgebildet. In weiteren Ausführungsbeispielen, die nicht explizit in den Figuren gezeigt sind, können der Hochdruckspeicher la, lb und insbesondere das Speichervolumen 36 auch gekrümmt, d.h. entlang einer gekrümmten Längsachse, ausgebildet sein.