Einspritzventil

Details

Veröffentlicht am Sonntag, 19. Dezember 2010 16:21

Geschrieben von gerd_

Funktion und Funktionstest
Funktion
Einspritzventile werden vorwiegend elektrisch angesteuert.
Sie kennen nur die Stellungen „auf“ oder „zu“.
Die Durchflussmenge wird über die Öffnungszeit bestimmt.

Saugrohreinspritzung
Die Mehrzahl der Einspritzanlagen funktionieren als Saugrohreinspritzung d.h. der Kraftstoff wird vor oder hinter der Drosselklappe in den Luftstrom gestäubt, mit der Luft vermischt und gelangt erst dann durch das Einlassventil in den Brennraum.
Die verwendeten Ventile müssen auf die erwartete maximale Durchflussmenge abgestimmt sein.
Sind sie zu klein dimensioniert liefern sie bei Vollgas nicht genügend Kraftstoff,
sind sie zu gross, lassen sie sich im Leerlaufbereich schlecht regeln.
Mehrere Ventile pro Zylinder
Die Alternative zu einem grossen Ventil pro Zylinder ist zwei unterschiedlich grosse einzusetzen und diese getrennt zu regeln. Entweder kann man mit dem grösseren eine etwas zu geringe Vorgabemenge gesteuert einspritzen und den Rest mit dem kleineren regeln oder
man spritzt bis zu einer gewissen Menge nur mit einem Ventil ein und schaltet dann das zweite hinzu (eine Frage des Steuerungs- und Regelaufwands).

Beispiele für Durchflussmengen (Bosch Motorsport)
TYp EV14; Einspritzmengen in g/min bei 3bar für koventionelle Kraftstoffe und E85; Winkel in Grad; alle Ventile 12Ohm

Menge	Winkel	Form	EtNr
116	15		.0 280 158 110
116	15	twin	.0 280 158 200
150	20		.0 280 158 107
150	19	twin	.0 280 158 013
237	20		.0 280 158 038
237	22	twin	.0 280 158 116
372	25	twin	.0 280 158 123
670	30		.0 280 158 040

Fehler erkennen
Test
Einspritzventile ausbauen und mit Hilfe der Kraftstoffpumpe unter Systemdruck setzen.
Die Einspritzventile mit einem Schalter oder Taster ansteuern:

E-V_mess.gif

Ventilart und Ansteuerung:
Bei Ventilen mit 1 bis 3 Ohm Innenwiderstand einen Widerstand von 5-8 Ohm (5W) in Reihe mit dem Einspritzventil schalten.
An Ventile mit 15 bis 22 Ohm (alle Ventile der Qe) Innenwiderstand  kann direkt Batteriespannung angelegt werden.
Bei Zentraleinspritzsystemen kann der Spritzstrahl bei eingebauten Einspritzventilen mit Hilfe einer Zündlichtpistole kontrolliert werden, da das Einspritzventil im Takt der Zündauslösung angesteuert wird.

Spritzstrahlform
Der Spritzstrahl sollte einen gleichmäßigen Kegel bilden (Winkel in der Tabelle). Er kann z.B. auf die Drosselklappenöffnung ausgerichtet sein und bei manchen Systemen von der Kreisform abweichen (twin). Kommt es zu einem Flattern des Bildes und zur Bildung größerer Tropfen, so ist das Einspritzventil defekt und muss gewechselt werden.

Tropfrate
Leckende Einspritzventile verursachen schlechtes Startverhalten mit Schwarzrauchbildung. Ist das Lecken des Einspritzventils auf Kraftstoffablagerungen zurückzuführen, so kann das Ventil mit einem Ultraschall-Prüfgerät gereinigt werden. Ist das Lecken alterungsbedingt, so sollte das Einspritzventil getauscht werden.
Zur Prüfung der Tropfrate müssen in der Regel die Einspritzventile ausgebaut werden. Bei den Q-en genügt es den Ansaugstutzen in den Luftsammler zu schieben und mit einem Spiegel in den Drosselklappenstutzen zu sehen.
Unter Systemdruck stehende Einspritzventile sollten innerhalb einer Minute nicht mehr als einen Tropfen Kraftstoff verlieren.

Oszillograph-Prüfungen
Messaufbau:
Prüfspitze (+) zwischen Steuergerät und Klemme Einspritzventil.
Prüfspitze (-) an Masse.

Einspritzsignal eines Einspritzventils ohne Haltestrom

E-V_oHalt.gif

Interpretation:
Beim Einschalten des Ventils schaltet das Motorsteuergerät nach Masse und schliesst damit den Stromkreis. Daher fällt die Spannung im Öffnungszeitpunkt auf eine Restspannung von ca. 1,5 bis 2,5 V ab. Die Restspannung entsteht durch den Spannungsfall (Übergangswiderstände) an Steckverbindungen und der Endstufe im Motorsteuergerät.
Zum Zeitpunkt des Schliessens entsteht eine Induktionsspannung von ca. 70 bis 100V. Danach fällt die Spannung wieder auf Batteriespannung ab.
Typische Einspritzzeiten:
Leerlauf: 1,5-2,5 ms; Teillast: 1,5-2,5 ms; Volllast: bis 14 ms

E-V_mHalt.gif

Einspritzsignal eines Einspritzventils mit Haltestrom
Besonderheiten:
Einspritzventile mit Haltestrom werden vom Motorsteuergerät in mehreren Stufen (in der Abbildung 2 Stufen) angesteuert.
Im Öffnungszeitpunkt wird der volle Strom geschaltet. Kurz nach dem vollen Öffnen wird das Ventil dann mit einer verminderten Spannung angesteuert. In diesem Moment entsteht eine Induktionsspannung, die von leichten Schwingungen gefolgt wird. Die Schwingungen entstehen durch die nachschwingende Düsennadel. Danach wird das Einspritzventil nur noch mit einem verminderten Haltestrom angesteuert, bis es geschlossen wird.

Typische Fehler:    
1) Restspannung nach dem Öffnen des Einspritzventils liegt über 3...4V
Ursache: Unzulässige Übergangswiderstände
-- im Messaufbau
-- in den Steckverbindungen des Einspritzventils
-- in den Steckverbindungen am Motorsteuergerät
-- im Steuergerät
Abhilfe: Kontaktprobleme beseitigen

2) Induktionsspannung beim Schliessen des Einspritzventils ist sehr gering (<40V).
Ursache: Windungsschluss in der Spule des Einspritzventils
Abhilfe: Einspritzventil tauschen

Gutbild:
Einspritzsignal eines 1,4l-Motors mit Bosch-Mono-Jetronic im Leerlauf (850U/min):

Hinweis: Auch bei höheren Drehzahlen ändert sich die Einspritzzeit kaum, da der Motor nicht unter Last steht.

E-V_2z1-8.gif

Einspritzzeit
Zu sehen ist ein Dilemma. (Dargestellt ist nur 1 Zylinder!). Gerade dann wenn viel Kraftstoff benötigt wird steht nur wenig Einspritzzeit zur Verfügung.
Die untere Kurve zeigt die Abfolge bei max. Drehzahl:
Geht man davon aus, dass es ein Einspritzventil bei Vollgas „gerade so“ schafft die notwendige Menge Kraftstoff einzuspritzen, so ist das Ventil praktisch dauernd offen. Bei Vollgas ergibt sich eine maximal mögliche, rechnerische Öffnungszeit von ca. 15ms (=zwei KW-Drehungen).
Gehen wir einfach davon aus, dass ein Zylinder eines 1150 Motors bei 8000U/min, einem, nur theoretisch oder mit Turbo erreichbaren, Füllgrad = 1, und Lambda=1, ca. 200g Kraftstoff pro Minute verbrennt, dann muss das Ventil diese Mindestmenge schaffen.
Passend wäre evtl. ein BOSCH E14 mit möglichen 237g/min und einer Einspritzzeit von ca.12ms/2U.
Die obere Kurve zeigt die Abfolge bei Leerlauf- Drehzahl
Linear gerechnet, deshalb nur näherungsweise praxistauglich, ergibt sich bei 1000U/min eine Einspritzzeit von 1,6ms.

Bild E-V_U-I-graf.gif zeigt den Verlauf von Rechnersignal als "Ursache", den Spannungsverlauf am Ventil, den Verlauf des dabei gezogenen Stroms und letzlich der Öffnungskurve des Ventils (nach Unterlagen von BOSCH). Damit man die Kurven vergleichen kann, sind die Graphen "gestapelt" und ragen teilweise etwas ineinander hinein.






Die beiden letzten Bilder zeigen die Verläufe für 2-Zylinder Motoren. Einmal im Leerlauf und dann bei Vollast und max. Drehzahl

Links
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Kraftstoff-Einspritzdruckregler