Einspritzdüsen für Benzin

Entstehung und Anwendung.

Die Entwicklung der Kraftstoffversorgungssysteme für Benzinmotoren hat im Laufe der letzten Jahrzehnte erhebliche Fortschritte gemacht. Von den frühen Tagen der Motorentechnik an haben Ingenieure kontinuierlich daran gearbeitet, die Effizienz der Energieversorgung zu verbessern, um einen höheren Wirkungsgrad, mehr Leistung und einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Angefangen bei einfachen Vergasern über mechanische und elektronische Einspritzsysteme bis hin zu fortschrittlichen Direkteinspritztechnologien hatte jede Lösung ihre eigenen Stärken und Herausforderungen. Die heutigen Direkteinspritzsysteme (GDI) stellen den Höhepunkt der Präzision und Effizienz dar, wobei die Entwicklungen in diesem Bereich weiter vorangetrieben werden, um noch größere Effizienz und Umweltfreundlichkeit zu erreichen. Diese fortschrittlichen Einspritzsysteme ermöglichen eine präzisere Steuerung des Verbrennungsprozesses, was zu einer erheblichen Reduzierung der Emissionen führt und die Fahrzeuge umweltfreundlicher macht, während sie strengere Emissionsnormen erfüllen. 

Ein Meilenstein in der Entwicklung der Einspritztechnik war die Einführung von Einspritzsystemen in den 1960er Jahren, als Bosch die D-Jetronic vorstellte, das erste elektronische Einspritzsystem, das durch den Einsatz von Sensoren und einer elektronischen Steuerung eine präzisere Kraftstoffdosierung ermöglichte. In den folgenden Jahrzehnten wurde die Technologie schrittweise verfeinert, und in den 1980er Jahren kamen fortschrittlichere Systeme wie die L-Jetronic auf den Markt, die als erste einen Luftmassenmesser verwendete. 

Ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Einspritztechnik war die Einführung elektronischer Einspritzsysteme in den 1960er Jahren, als Bosch mit der D-Jetronic das erste elektronische Einspritzsystem vorstellte. Dieses System ermöglichte durch den Einsatz von Sensoren und elektronischer Steuerung eine präzisere Dosierung des Kraftstoffs. In den folgenden Jahrzehnten wurde die Technologie kontinuierlich verfeinert, und in den 1980er Jahren wurden fortschrittlichere Systeme wie die L-Jetronic eingeführt, die erstmals einen Luftmassenmesser verwendeten.

Während zu Beginn noch Einpunkteinspritzungen, bei denen eine zentrale Einspritzdüse den Kraftstoff verteilte, weit verbreitet waren, wurden sie bald von Systemen abgelöst, bei denen jedem Zylinder eine separate Einspritzdüse zugeordnet war (Mehrpunkteinspritzung). Die Notwendigkeit einer präziseren Motorsteuerung und eines geringeren Kraftstoffverbrauchs führte zur Entwicklung der sequentiellen Einspritzsteuerung, bei der jede Einspritzdüse individuell gesteuert wird. Dies mündete in der Einführung von serienmäßigen Benzin-Direkteinspritzsystemen, die den Kraftstoffverbrauch weiter senkten und die Emissionen reduzierten.

Aufbau und Funktionsweise.

Das Einspritzsystem eines Benzinmotors setzt sich aus mehreren zentralen Komponenten zusammen:

1. Kraftstofftank
2. Kraftstoffpumpe
3. Kraftstofffilter
4. Hochdruckpumpe (bei Direkteinspritzsystemen)
5. Kraftstoffdruckregelventil
6. Kraftstoffleitung
7. Kraftstoffdruck- und Temperatursensor(en)
8. Einspritzdüsen
9. Elektronisches Motorsteuergerät und eine Reihe von Sensoren und Stellgliedern 

Die Benzineinspritzdüsen, die das Ende der Kraftstoffversorgungsleitung bilden, sind für die präzise Dosierung des Kraftstoffs in den Motorzylinder verantwortlich. Sie bestehen aus mehreren Teilen, darunter:

1. Einspritzventilgehäuse
2. Steuerventil (Magnet oder Piezoelement)
3. Spule
4. Düse
5. Einlassfilter und Dichtungen

Die Benzineinspritzdüsen sind das letzte Glied im Einspritzsystem und für die genaue Zufuhr der richtigen Kraftstoffmenge in die Motorzylinder verantwortlich. Der aus dem Tank angesaugte Kraftstoff wird unter Druck in das System gepumpt und anschließend durch einen Filter gereinigt. Bei indirekten Einspritzsystemen gelangt der Kraftstoff in einen Behälter und von dort zu den Einspritzdüsen. Bei Direkteinspritzsystemen befindet sich zwischen dem Kraftstofffilter und dem Druckspeicher (Rail) eine Pumpe, die einen hohen Kraftstoffdruck erzeugt. Der Kraftstoff wird eingespritzt, wenn die Einspritzdüse geöffnet wird, was durch die Erregung des Aktuators geschieht, bei dem es sich in der Regel um eine Spule handelt. Bei einigen Lösungen, insbesondere bei Direkteinspritzsystemen, gibt es Piezo-Injektoren. Der Prozess beginnt mit dem elektronischen Steuergerät (ECU) des Motors, das auf der Grundlage von Signalen verschiedener Sensoren (z. B. des Luftmassenmessers, des Kurbelwellenstellungssensors, des Motortemperatursensors usw.) entscheidet, welche Kraftstoffmenge in den Motor eingespritzt werden soll. Die ECU sendet einen elektrischen Impuls an die Spule des Einspritzmagneten, der ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Das Magnetfeld zieht den Kern des Elektromagneten an, der mit der Nadel (Nadelventil) verbunden ist. Die Magnetkraft überwindet den Widerstand der Feder, die den Schlagbolzen normalerweise in der geschlossenen Position hält, und hebt ihn an, wodurch der Injektor geöffnet wird. Wenn die Nadel angehoben wird, öffnet sich der Durchflussweg für den Kraftstoff. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff fließt durch die Einspritzdüse und wird in den Brennraum oder den Ansaugkrümmer gespritzt. Die Einspritzdüse ist so konstruiert, dass sie einen feinen Kraftstoffnebel erzeugt, der sich besser mit der Luft vermischt und eine effizientere Verbrennung ermöglicht. Wenn der von der ECU gesendete elektrische Impuls endet, hört der Stromfluss durch die Magnetspule auf. Das Magnetfeld verschwindet und eine Feder bringt die Nadel in die geschlossene Position zurück. Auf diese Weise schließt sich die Einspritzdüse und unterbricht den Kraftstofffluss.

Die Hauptaufgabe der Einspritzdüse besteht darin, eine genau bemessene Dosis Kraftstoff in den Motorzylinder zu leiten. Die Kraftstoffportion muss genau zerstäubt und zerkleinert werden, um eine ordnungsgemäße Verdampfung, Mischung mit der Luft und Verbrennung zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, muss die Einspritzdüse präzise und schnell gesteuert und mit einem ausreichend hohen Druck mit Kraftstoff versorgt werden. 

Regenerationsprozess.

Leider sind Benzineinspritzdüsen in der Regel nicht vollständig wiederaufbereitbar, da sie aufgrund ihrer Bauweise nicht ohne irreversible Schäden zerlegt werden können. Daher beschränkt sich die Überholung meist auf die Reinigung und Prüfung der Einspritzdüsen.

Nach dem Ausbau der Einspritzdüsen aus dem Motor erfolgt eine Sichtprüfung auf äußere Schäden. Anschließend werden die Düsen in ein Ultraschallbad gegeben, um Ablagerungen und Verunreinigungen zu entfernen. Moderne Prüfstände bieten zudem eine Rückspülfunktion, die auch hartnäckige Ablagerungen aus dem Inneren der Einspritzdüse entfernt.

Nach der Reinigung werden die Einspritzdüsen auf Prüfständen getestet, die verschiedene Betriebsbedingungen des Motors simulieren. Dabei werden die Dichtigkeit, die Einspritzmenge und die Zerstäubungsqualität des Kraftstoffs überprüft. Diese Tests garantieren, dass die Einspritzdüsen über den gesamten Betriebsbereich des Motors hinweg korrekt funktionieren.

Wenn keine mechanischen oder elektrischen Schäden vorliegen, führt die Reinigung in der Regel zu hervorragenden Ergebnissen und verlängert die Lebensdauer der Einspritzdüsen erheblich.

Ursachen und Arten von Schäden.

Häufige Symptome für defekte Benzineinspritzdüsen sind:

1. Ungleichmäßiger Motorlauf
2. Leistungsverlust des Motors
3. Erhöhter Kraftstoffverbrauch
4. Zündaussetzer
5. Aufleuchten der Motorkontrollleuchte

Die häufigsten Ursachen für den Ausfall von Benzineinspritzdüsen sind:

1. Verschmutzungen durch schlechte Kraftstoffqualität
2. Ablagerungen und Verkokungen
3. Übermäßige Hitzeeinwirkung
4. Mechanischer Verschleiß
5. Probleme mit eklektischen Komponenten