Einspritzdüsen für Benzin

Entstehung und Anwendung.

Die Kraftstoffversorgung von Benzinmotoren hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt. Seit den Anfängen dieser Motorenart haben die Ingenieure versucht, die Effizienz ihrer Energieversorgung zu verbessern, um einen höheren Wirkungsgrad, mehr Leistung und einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu erreichen. Von einfachen Vergasern über mechanische und elektronische Einspritzsysteme bis hin zu fortschrittlichen Direkteinspritzungstechnologien hatte jede Lösung ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die heutigen Direkteinspritzungs-Technologien (GDI) stellen den Gipfel der Präzision und Effizienz dar, obwohl die Entwicklungen in diesem Bereich weitergehen und nach noch größerer Effizienz und Umweltfreundlichkeit streben. Mit fortschrittlichen Einspritzsystemen lässt sich der Verbrennungsprozess besser steuern, was zu deutlich geringeren Emissionen führt. Dadurch sind die Fahrzeuge umweltfreundlicher und erfüllen strengere Emissionsnormen. 

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. 

Systeme mit nur einer zentralen Einspritzdüse, die den Vergaser ersetzt (daher die Bezeichnung Einpunkteinspritzung), waren auf dem Markt, wurden aber relativ schnell von Systemen abgelöst, bei denen der Kraftstoff jedem Zylinder über eine separate Einspritzdüse zugeführt wird (so genannte Mehrpunkteinspritzung). Die Notwendigkeit einer präzisen Motorsteuerung und eines geringeren Kraftstoffverbrauchs führte zur Entwicklung der sequentiellen Einspritzsteuerung, d. h. dem individuellen Öffnen und Schließen jeder Einspritzdüse. Es folgte die Entwicklung serienmäßiger Benzin-Direkteinspritzsysteme, die den Kraftstoffverbrauch weiter reduzierten und zu geringeren Abgasemissionen beitrugen.

Aufbau und Funktionsweise.

Das Einspritzsystem eines Benzinmotors besteht aus mehreren Grundkomponenten:

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 Benzineinspritzdüse enthält die folgenden Komponenten:

1. Injektorgehäuse
2. Steuerventil (Magnet oder Piezoelement)
3. Spire
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 konzipiert, 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. Dazu muss die Einspritzdüse präzise und schnell gesteuert und mit einem ausreichend hohen Druck mit Kraftstoff versorgt werden. 

Regenerationsprozess.

Leider sind Benzineinspritzdüsen nicht im wahrsten Sinne des Wortes wiederaufbereitbar. Das liegt vor allem an ihrer Bauweise - die meisten von ihnen lassen sich nicht ohne irreparable Schäden zerlegen, so dass ein Zugang zu den Bauteilen unmöglich ist. Aus diesem Grund gibt es keine Verfahren zur Wiederaufbereitung und die Hersteller liefern keine Ersatzteile.

Bei den meisten Benzineinspritzdüsen kann man daher nur von einer Reinigung und einer Überprüfung der Dosierung und der Spritzqualität des Kraftstoffs sprechen.

Die aus dem Motor ausgebauten Einspritzdüsen werden einer ersten Sichtprüfung unterzogen. Dabei wird der äußere Zustand der Einspritzdüsen überprüft und auf sichtbare Schäden geachtet. Die Einspritzdüsen werden in ein Ultraschallbad gelegt, das den angesammelten Schmutz und die Ablagerungen wirksam entfernt. Bei diesem Verfahren werden mit Hilfe von Ultraschallwellen mikroskopisch kleine Blasen erzeugt, die implodieren und Verunreinigungen von der Oberfläche des Injektors entfernen. Die von uns verwendeten Injektorprüfstände sind außerdem mit einer Rückspülfunktion ausgestattet, um Sedimente und Ablagerungen aus dem Inneren des Injektors zu entfernen.

Nach der Reinigung werden die Injektoren auf speziellen Prüfständen getestet, die die Betriebsbedingungen im Motor simulieren. Hier werden Leckage, Kraftstoffdosierung und Kraftstoffzerstäubung geprüft. Die Tests werden bei verschiedenen Drücken durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Einspritzdüse über den gesamten Betriebsbereich hinweg korrekt arbeitet.

Wenn die Einspritzdüse nicht mechanisch beschädigt oder verschlissen und elektrisch funktionstüchtig ist, führt eine Reinigung zu zufriedenstellenden Ergebnissen und ermöglicht eine lange Nutzungsdauer.

Ursachen und Arten von Schäden.

Die häufigsten Symptome für beschädigte Benzineinspritzdüsen sind:

1. Ungleichmäßiger Motorlauf
2. Verlust der Motorleistung
3. Erhöhter Kraftstoffverbrauch
4. Verlust der Zündung
5. Motorkontrollleuchte an

Die häufigsten Ursachen für den Ausfall von Benzineinspritzdüsen:

1. Verschmutzung, schlechte Kraftstoffqualität
2. Anhäufung von Sedimenten
3. Wirkung von übermäßiger Hitze
4. Mechanischer Verschleiß
5. Probleme mit eklektischen Komponenten