Prüfen der Einspritzspule mit einem Multimeter und SIT-12

Für viele Menschen klingt die Aussage, dass Messungen mit verschiedenen Instrumenten zu Ergebnissen führen können , die sich um mehrere zehn Prozent unterscheiden, sehr seltsam. Liegt es also an der mangelnden Genauigkeit der Instrumente? Das mag der Fall sein, aber es ist in erster Linie die Messmethode, die darüber entscheidet. Deshalb werden wir im folgenden Text einen Blick auf die Überprüfung moderner Einspritzdüsen von der elektrischen Seite her werfen und auch beantworten, ob es möglich ist, die Einspritzspule mit einem Multimeter zu überprüfen.

Wichtig ist, dass viele der verfügbaren Injektoren trotz ihrer unterschiedlichen Bezeichnungen und Nummern in mehrere Gruppen mit ähnlichen Parametern unterteilt werden können. Mit anderen Worten, diese Beobachtung gilt nicht nur für die elektrischen Parameter, sondern auch für die Steuerparameter solcher Injektoren, zum Beispiel die sogenannte Boostspannung und den Haltestrom. Auf der Grundlage dieser Informationen ist es also möglich, mehrere Bereiche von Parametern zu identifizieren, die sowohl in piezoelektrischen als auch in elektromagnetischen Injektoren vorkommen. Bevor wir jedoch die spezifischen Wertebereiche vorstellen, sollten wir zunächst das Grundwissen über die Messungen vermitteln, um weitere Schlussfolgerungen zu erleichtern.

Achtung! Denken Sie bei der Überprüfung der Einspritzdüsen unbedingt an die Sicherheitsvorschriften für das Kraftstoffsystem eines Autos, das Diesel oder Benzin unter erheblichem Druck enthält. Seien Sie außerdem vorsichtig wegen der hohen Spannungen der Steuer- und Testsignale, die an den Einspritzdüsen anliegen.

Wie funktioniert der Solenoid-Injektor?

Diese Art von Einspritzdüse wird durch einen Elektromagneten betätigt. Das Steuergerät regelt den Strom, der durch die Einspritzspule fließt, und betätigt den Einspritzmechanismus, so dass Kraftstoff eingespritzt wird, der dann im Zylinder verbrannt wird. Bei Benzineinspritzdüsen in Motoren mit indirekter Einspritzung öffnet die Magnetspule direkt das Ventil und der Kraftstoff wird in den Ansaugkrümmer geleitet. Bei Common-Rail-Einspritzsystemen hingegen ist die Funktionsweise der Einspritzdüsen komplizierter und außerdem arbeitet die Elektronik im Steuergerät anders. In diesem Fall wird das vom Steuergerät an die Einspritzdüsen geleitete Signal in der Regel mit zwei Spannungspegeln erzeugt: einem höheren, dem sogenannten Boost, um die Öffnungszeit zu verkürzen, und einem niedrigeren, um die Öffnung aufrechtzuerhalten.

MULTIMETER-MESSUNGEN

Ein Multimeter wird, wie der Name schon sagt, zum Messen einer Reihe von elektrischen Größen verwendet. Je nach Hersteller und Preis gibt es neben den Standardmessungen von Spannung, Strom und Widerstand auch Optionen zur Messung von Kapazität und Induktivität. Wichtig ist, dass der Hersteller bei den meisten Geräten versucht, einen Kompromiss zwischen Preis und Fähigkeiten und Messbereichen einzugehen, so dass das Gerät an Vielseitigkeit gewinnt, aber gleichzeitig keine völlig präzisen Messungen an den Extremen der Messbereiche ermöglicht.

Ein Beispiel für eine solche Einschränkung ist die Messung des Widerstands. Normalerweise führt ein Multimeter im Ohmmeter-Modus eine Messung durch, indem es die zu prüfende Komponente mit einem Strom mit bekanntem Wert versorgt und dann die an ihr anliegende Spannung abliest. Mit Hilfe des Ohm’schen Gesetzes R = U/I kann so der Widerstand berechnet werden. In der Praxis werden Stromzufuhr und Messung mit denselben Drähten durchgeführt, was wiederum den Widerstand der Drähte zum Gesamtergebnis hinzufügt. Billige Messgeräte ermöglichen Messungen im untersten Bereich, oft 200, 400 oder 600 Ω, mit einer Auflösung von 0,1 Ω, während bessere Modelle bis auf 0,01 Ω heruntergehen. Nur Geräte in Laborqualität oder spezialisierte Instrumente, wie Milli-Ohm-Meter, können Änderungen von 0,001 oder sogar 0,0001 Ω oder weniger erkennen. Das liegt nicht nur am höheren Preis, sondern vor allem an der größeren Komplexität der Messmethode selbst.

WIE MISST MAN DIE INJEKTORSPULE?

Bei einem Messgerät, das den Widerstand mit einer Auflösung von 0,01 Ω oder besser messen soll, muss der Effekt des Widerstands der Messfühler selbst bereits berücksichtigt werden . Bei billigeren Multimetern liegt der Widerstand der Leitungen und Anschlüsse in der Regel zwischen 0,2 und 0,3 Ω, während bessere Geräte ihn unter 0,1 Ω halten. Außerdem ändert sich, wie bereits erwähnt, der Widerstand von Kupferdrähten mit der Temperatur. Daher bieten viele Messgeräte eine Kompensationsfunktion, die es ermöglicht, den Anfangswiderstand der Messfühler als Nullpunkt zu nehmen und so genauere Messungen zu ermöglichen.

Um diese Einschränkungen zu umgehen und die Messauflösung weiter zu erhöhen, wird jedoch eine andere Technik verwendet, die Vier-Pol-Messung, auch bekannt als Kelvin-Schaltung. Dabei wird der Messstrom durch ein Kabelpaar geleitet und gleichzeitig der Spannungsabfall über der zu testenden Komponente durch ein zweites, unabhängiges Paar gemessen. Auf diese Weise liefert die Messung reproduzierbare Ergebnisse, unabhängig von Temperaturschwankungen, Kabellänge oder Qualität der Anschlüsse. Diese Methode wird vom SIT-12 angewandt und ermöglicht es in der Praxis, ein Ergebnis zu erhalten, das einen Widerstand von nur 0,001 Ω oder 1 mΩ unterscheidet.

ÜBERPRÜFUNG DER SPULE DES SIT-12 INJEKTORS

Ein solches Beispiel für eine Messung, bei der die Art und Weise, wie der Wert gemessen wird, das Ergebnis stark beeinflusst, ist die Induktivität. Viele Methoden zum Testen dieses Parameters erfordern ein Signal mit einer bestimmten Frequenz, das an das gemessene Element angelegt wird. Beim SIT-12 sind zwei Frequenzen automatisch für den Bereich ausgewählt:

1. bis zu 60µH ist es 100kHz
2. von 60 bis 800µH ist es 50kHz

Das bedeutet, dass die mit dem SIT-12 gemessenen Ergebnisse mit den Ergebnissen anderer Geräte, die bei diesen Frequenzen messen, übereinstimmen sollten.

Aus den Bereichen der gemessenen Induktivitäten können einige Schlussfolgerungen gezogen werden. Die niedrige Induktivität deutet auf eine Injektorspule mit einer geringen Anzahl von Windungen hin. Und das wiederum gibt bereits Aufschluss darüber, dass die Spule klein sein wird. Die niedrige Induktivität wiederum weist auf die hohen Ströme hin, die benötigt werden, insbesondere in der Öffnungsphase, in der es auf Geschwindigkeit ankommt. Daraus ergibt sich auch der niedrige Widerstand der Spule selbst. Ein Beispiel für einen solchen Injektor ist zum Beispiel das beliebte DELPHI-Produktionsmodell EMBR00002D. Das SIT-12 Messgerät hat die folgenden Parameter:

Messwerte für EMBR00203D

Beachten Sie, dass Kupfer einen positiven Temperaturkoeffizienten von 0,0039 hat. Eine Änderung der Spulentemperatur um beispielsweise 70 °C, was typischerweise der Differenz zwischen 20 °C als herkömmlicher Umgebungstemperatur und 90 °C als Betriebstemperatur des Motors entspricht, erhöht den Widerstand um etwa 27 %. Für die oben genannte Einspritzdüse bedeutet dies einen Anstieg auf etwa 0,255 Ω. Ein solcher Unterschied zu 0,2 Ω bei Umgebungstemperatur zeigt deutlich, wie wichtig es ist, die Messungen unter den bestmöglichen Bedingungen durchzuführen. Außerdem werden sehr oft Referenzwerte genau für Temperaturen zwischen 20 und 25 °C angegeben.

Die nächste Gruppe beliebter Injektoren ist der Typ mit der Bezeichnung ‚CRI 1‘, und das Beispiel dafür ist das BOSCH-Modell 445110141:

Maßangaben für „CRI 2-18″ BOSCH 445110369:

Maßangaben für „CRI 2-16 M2″ BOSCH 445110418:

Beispielwerte für DENSO 095000-613:

Die oben genannten Beispiele betrafen gebrauchte, aber funktionsfähige elektromagnetische Injektoren. Aus diesen Daten können allgemeine Schlussfolgerungen gezogen werden:

1. Der Widerstand von Common-Rail-Injektoren liegt meist im Bereich von 0,2 bis 0,5 Ω (es gibt DENSO-Injektoren, die einen hohen Spulenwiderstand in der Größenordnung von 1 Ω bis 6 Ω haben). Benzin-Injektoren haben einen höheren Widerstand.
2. Die Induktivität für niederohmige Spulen (0,2Ω) beträgt ein einziges µH (3-4).
3. Eine bei einer Prüfspannung von 250V gemessene Isolierung liegt außerhalb des Messbereichs des SIT-12 (bei einem 500V-Bereich wird dies in den meisten Fällen auch der Fall sein).
4. Die Messungen der Sets zeigen eine sehr hohe Ähnlichkeit der Ergebnisse untereinander.

Im Allgemeinen ermöglicht das Testen aller Einspritzdüsen eines bestimmten Motors eine bessere Erkennung der Unzulänglichkeiten einer bestimmten Einspritzdüse auf der Grundlage eines Vergleichs der einzelnen Parameter im Verhältnis zu den anderen.

Einfluss der Temperatur

Ein separates Thema ist die Temperatur des zu testenden Injektors. Bekanntlich arbeiten diese Komponenten in einem breiten Temperaturbereich – vom Kaltstart bis zur schnellen Autobahnfahrt an einem heißen Tag. Das bedeutet, dass bestimmte Ineffizienzen sichtbar werden, wenn der Motor warm ist und läuft. Besonders deutlich wird dies bei der Messung der Isolierung. Zum Beispiel verändern die Wicklungskomponenten ihre Position aufgrund von Temperaturänderungen. Tausende solcher Zyklen können daher zu Isolationsabrieb und Laufproblemen führen (insbesondere die mit dem Fehlercode P0200 verbundenen Symptome). Es ist daher sinnvoll, die Injektoren nach dem Erhitzen zu testen und die Parameter zu vergleichen. Verständlicherweise ist es umständlich, die Temperatur des entnommenen Injektors (während er erhitzt wird) zu kontrollieren, aber es ist möglich, wie bereits erwähnt, die Änderung des Widerstands zu nutzen. Ein Anstieg um den Faktor 1,27 lässt nämlich darauf schließen, dass die Temperatur der Wicklung um etwa 70ºC gestiegen ist.

Wenn man die Schäden an elektromagnetischen Injektoren zusammenfasst, kann man zwei Gruppen von Symptomen unterscheiden:

1. Unterbrechung des Spulenstromkreises – Widerstand außerhalb des Bereichs;
2. Kurzschluss innerhalb der Spule – Verringerung von Widerstand und Induktivität;
3. Probleme mit der Isolierung zwischen dem Injektorgehäuse und einem der Kabel.

Piezo-Injektoren

Erstens ist das auslösende Element eines Piezo-Injektors der Piezo-Stapel (manchmal fälschlicherweise als ‚Piezo-Spule‘ bezeichnet). Zweitens führt das Anlegen einer Spannung zu einer Veränderung der Form des Wafers und seine mehreren Schichten ermöglichen größere Dimensionsänderungen. Wichtig ist, dass der Hub eines solchen Aktuators klein ist, aber sehr schnell erfolgen kann, so dass der Kraftstoff genau durch den Injektor dosiert werden kann. Folglich kamen Piezo-Injektoren zuerst in Common-Rail-Systemen zum Einsatz und werden jetzt auch für Benzininjektoren in der Direkteinspritztechnik verwendet.

Wie erkennt man eine defekte Einspritzdüse mit einem Messgerät?

Der piezoelektrische Stapel weist die Eigenschaften eines Kondensators auf, jedoch nicht die eines typischen Kondensators, wie er in der Elektronik oder in elektrischen Geräten verwendet wird. Außerdem weist er einen gewissen Widerstand auf, der bei Messungen als parallel zur Kapazität liegend angesehen wird. Diese Tatsache bedeutet, dass eine Kapazitätsmessung, je nach Methode, diesen zusätzlichen Widerstand mehr oder weniger ausgleichen kann. Eine der besten Methoden ist die Messung der Ladezeit eines Kondensators mit einer Konstantstromquelle. Eine solche Messung ermöglicht eine gute Eliminierung des Einflusses des zusätzlichen Widerstands sowie eine schnelle Messung. Eine solche bessere Methode wird im SIT-12 verwendet.

Beachten Sie, dass billigere Multimeter möglicherweise auf einer anderen Basis messen. In diesem Fall kann ein Kondensator mit guten Parametern (d.h. annähernd ideal, ohne zusätzlichen Widerstand und mit guter Isolierung) korrekt gemessen werden. Bei einem piezoelektrischen Stapel ist das jedoch nicht unbedingt der Fall. Die Messungen können stark verfälscht werden. Außerdem kann bei einer komplexen Komponente wie einem Stack jedes Multimeter ein anderes Ergebnis liefern. Das ist ein normales Phänomen, schließlich ist die Kapazitätsmessung bei diesen Geräten auf Kondensatoren guter Qualität und nicht auf komplexe Komponenten kalibriert. Nehmen wir als Beispiel die Messung der Kapazität eines Polyesterkondensators vom Typ MKS4 von WIMA mit einer Nennkapazität von 3,3µF, einer Toleranz von +/-10% und einer Betriebsspannung von 250VDC mit einem parallel geschalteten Widerstand (der den Innenwiderstand des Stapels simuliert).

Wie aus den Messungen hervorgeht, kann die Auswirkung des zusätzlichen Widerstands auf das Ergebnis der Kapazitätsmessung sogar bei einem Multimeter der etwas besseren Klasse 4% betragen (3,29 µF gegenüber 3,43 µF).

Messungen mit dem SIT-12

Die zweite Art von Injektoren sind diejenigen, die ein Piezo-Element verwenden, um sie zu öffnen. In diesem Fall betrifft der elektrische Test den Widerstand, die Kapazität und die Isolierung. Beispielhafte Messergebnisse sind für den BOSCH Typ „CRI 3-18″ und das Modell 445116059:

Diese Daten beziehen sich auf zwei fehlerhafte und zwei gute Injektoren. Wie Sie aus dem Widerstandstest ersehen können, hat die erste Einspritzdüse einen deutlich unterschätzten Wert. Auch die Kapazität hat sich erhöht. Die Isolierung hat sich sehr stark verschlechtert und der erhaltene Wert ist sehr niedrig – 11MΩ. Die zweite Einspritzdüse hat einen guten Widerstand, aber die Kapazität beginnt von der der dritten und vierten Einspritzdüse abzuweichen. Es wird auch ein messbarer Isolationswert von 288MΩ angezeigt. Dies deutet auf Startprobleme mit dieser Einspritzdüse hin.

Beispiel für zwei funktionierende BOSCH-Injektoren vom Typ „CRI 3-16″ Nummer 445115064:

Satz BOSCH Injektoren Typ „CRI 3-18″ Nummer 445116019:

Die obigen Daten zeigen, dass, obwohl der Hochspannungsstapelwiderstand nicht mit dem SIT-12 gemessen wird, ein Fehler ausgemacht werden kann. Die fehlerhaften Injektoren haben eine Kapazität von 2,2-2,4µF, der fehlerhafte Injektor hat 1,91µF. Außerdem hat der gemessene Widerstand des SIT-12 für die fehlerhafte Einspritzdüse einen geringeren Widerstand (164kΩ ) als die anderen (174 – 186kΩ). Diese Ergebnisse zeigen einmal mehr, dass es bei einem Satz von Injektoren möglich ist, ein fehlerhaftes Gerät herauszufinden, ohne die korrekten Bereiche zu kennen.

Schlussfolgerungen

Fasst man die Ergebnisse der Piezo-Injektor-Messungen zusammen, lassen sich einige wichtige Informationen hervorheben.

1. Erstens ist die Isolation aufgrund der Hochspannungssteuerung der Piezostacks durch den Motorcontroller ein sehr wichtiger Parameter. In der Praxis bedeuten Messwerte im Bereich von 250 V von weniger als 300 MΩ, je nach genauem Ergebnis, entweder eine Beschädigung oder eine erhebliche Verschlechterung der Leistung und damit das Risiko eines plötzlichen Ausfalls.
2. Alle Isolationsmessungen sind empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Mit anderen Worten: Messen Sie keine Injektoren, die noch keine Umgebungstemperatur erreicht haben. Der Wasserdampf, der auf dem Gehäuse kondensiert, kann in Verbindung mit Schmutz das Ergebnis des Isolationstests erheblich unterschätzen. Außerdem macht sich dieser Effekt besonders bemerkbar, wenn bei 500 V gemessen wird. Schon ein leichtes Glucksen am Körper und die anschließende Durchführung des Tests kann die Isolierung auf Hunderte von MΩ senken. Sobald die Feuchtigkeit verdunstet ist, verschwindet dieser Effekt natürlich.
3. Zweitens sollte der Stack-Widerstand für die große Mehrheit der Typen zwischen 170 und 210 kΩ liegen. DENSO-Injektoren zeichnen sich dagegen durch einen Wert in der Größenordnung von 1.000 kΩ bzw. 1 MΩ aus. Drittens liegt die Kapazität typischerweise im Bereich von 2 bis 2,5 µF für Injektoren von BOSCH, während sie bei Siemens und VDO typischerweise 3,3 bis 3,5 µF beträgt.
4. Schließlich ist es erwähnenswert, dass bei einer Beschädigung des Piezo-Elements erstens die Isolierung zwischen dem Stack und dem Injektorgehäuse beschädigt wird. Zweitens kommt es zu einer Abnahme des Widerstands und einer Veränderung der Kapazität, die je nach Konstruktion und Typ des Geräts größer oder kleiner sein kann.

Autor: Produktingenieur Bartłomiej Nowojowski