Viele Menschen finden es sehr seltsam, dass Messungen mit verschiedenen Instrumenten Ergebnisse liefern können, die um mehrere zehn Prozent abweichen. Liegt das an der mangelnden Genauigkeit der Instrumente? Das kann auch der Fall sein, aber das grundlegende Problem ist die Messmethode. Im folgenden Text werden wir uns mit der Überprüfung moderner Injektoren von der elektrischen Seite her befassen. Viele verfügbare Injektoren lassen sich trotz unterschiedlicher Bezeichnungen und Nummern in mehrere Gruppen mit ähnlichen Parametern einteilen. Diese Feststellung gilt nicht nur für die elektrischen Parameter, sondern auch für die Steuerparameter solcher Injektoren (z.B. Boostspannung, Haltestrom). Auf der Grundlage dieser Informationen ist es möglich, mehrere Bereiche von Parametern zu bestimmen, die in piezoelektrischen und elektromagnetischen Injektoren auftreten. Bevor jedoch die Wertebereiche vorgestellt werden können, müssen ein paar Informationen über die Messungen dargestellt und systematisiert werden. ACHTUNG: Beachten Sie bei der Überprüfung der Einspritzdüsen alle Sicherheitsvorschriften im Zusammenhang mit Kraftstoffsystemen im Auto (die Diesel oder Benzin unter hohem Druck enthalten). Seien Sie außerdem vorsichtig mit den hohen Spannungen der Steuer- oder Testsignale, die an die Einspritzdüsen angelegt werden.
Diese Art von Einspritzdüse wird durch einen Elektromagneten betätigt. Durch die Regulierung des Stroms, der durch die Einspritzspule fließt, aktiviert das Steuergerät den Mechanismus der Einspritzdüse. Dies führt zur Einspritzung von Kraftstoff, der im Zylinder verbrannt wird. Bei Benzineinspritzdüsen in Motoren mit indirekter Einspritzung öffnet die Magnetspule direkt das Ventil und der Kraftstoff gelangt in den Ansaugkrümmer. Bei Common-Rail-Einspritzsystemen ist der Betrieb der Einspritzdüsen komplizierter. Auch die elektronische Schaltung im Steuergerät ist anders. In diesem Fall wird das Signal, das vom Steuergerät an die Einspritzdüsen geleitet wird, in der Regel auf zwei Spannungsebenen erzeugt: ein höherer sogenannter ‚Boost‘, um die Öffnungszeit zu verkürzen, und ein niedrigerer, um die Öffnung beizubehalten.
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 (Resistivität) auch Optionen zur Messung von Kapazität und Induktivität. Bei den meisten Geräten versuchen die Hersteller, einen gewissen Kompromiss zwischen Preis und Fähigkeiten und Messbereichen einzugehen. Daraus ergibt sich die Vielseitigkeit eines bestimmten Instruments, das jedoch keine präzisen Messungen an den Extremen der Messbereiche ermöglicht. Ein Beispiel für eine solche Messung ist die Bestimmung des Widerstands. Die meisten Multimeter führen im Ohmmeter-Modus eine Messung durch, indem sie einen bekannten Strom an das zu messende Bauteil anlegen und die Spannung ablesen, die an dem Bauteil auftritt. Auf diese Weise lässt sich mit Hilfe des bekannten Ohmschen Gesetzes R=U/I der Widerstand berechnen. Die Stromversorgung und die Messung erfolgen über dieselben Leitungen, was dazu führt, dass der Widerstand der Leitungen in das Gesamtergebnis eingeht. Billige Messgeräte erlauben die Messung im niedrigsten Bereich (oft 200, 400 oder 600Ω) mit einer Auflösung von 0,1Ω. Die besseren Geräte gehen bis auf 0,01Ω herunter. Nur Laborgeräte oder speziell dafür vorgesehene Geräte (Milliohmmeter) erlauben es, Veränderungen im Bereich von 0,001 oder 0,0001Ω oder weniger zu erkennen. Dies ist nicht nur auf den Preis zurückzuführen, sondern auch auf die Kompliziertheit der Messung selbst. Bei einem Messgerät, das den Widerstand mit einer Auflösung von 0,01Ω oder besser messen soll, muss der Effekt des Widerstands der Sonden selbst bereits berücksichtigt werden. Bei billigeren Messgeräten liegt dieser Widerstand bei 0,2 – 0,3Ω. Bei den besseren Geräten liegt er im Bereich von weniger als 0,1Ω. Außerdem variiert, wie bereits erwähnt, der Widerstand der Kupferdrähte mit der Temperatur. Daher verfügen die Messgeräte oft über eine Funktion, die es erlaubt, den Anfangswiderstand der Sonden als „0“-Punkt zu nehmen und so genauere Messungen zu ermöglichen. Um diese Probleme zu umgehen und die Messauflösung weiter zu erhöhen, können Sie eine andere Technik verwenden, die sogenannte Vier-Terminal-Messung, auch Kelvin-Messung genannt. Dabei wird der zu messende Strom über zwei Drähte zugeführt und der Spannungsabfall über der zu testenden Komponente mit einem zweiten Paar Drähte gemessen. Eine solche Messung liefert wiederholbare Ergebnisse trotz Änderungen der Temperatur, der Kabellänge usw. Eine solche Messmethode wird gerade im SIT-12 verwendet, das ein Ergebnis ermöglicht, das einen so kleinen Widerstand wie 0,001Ω (d.h. 1mΩ) unterscheidet.
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:
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:
Seriennummer |
Widerstand [Ω] |
Induktivität [µH] |
Isolierung (bei 250V) |
FP32 |
0,196 |
3,3 |
>300MΩ |
AP16 |
0,203 |
3,2 |
>300MΩ |
M756 |
0,200 |
3,5 |
>300MΩ |
K732 |
0,203 |
3,5 |
>300MΩ |
Zweiter ähnlicher Typ EMBR00203D:
Seriennummer | Widerstand [Ω] | Induktivität [µH] | Isolierung (bei 250V) |
ALTS |
0,195 |
3,5 |
>300MΩ |
W4TS |
0,203 |
3,6 |
>300MΩ |
34WY |
0,213 |
3,6 |
>300MΩ |
Es sei daran erinnert, dass Kupfer einen positiven Temperaturkoeffizienten von 0,0039 hat. Das bedeutet zum Beispiel, dass eine Änderung der Spulentemperatur um 70 ºC (d.h. ein typischer Wert zwischen 20 ºC (der üblichen Umgebungstemperatur) und 90 ºC, der Betriebstemperatur des Motors) den Widerstand um 27 % erhöht. Für die oben genannte Einspritzdüse bedeutet das einen Anstieg auf etwa 0,255Ω. Eine solche Änderung von 0,2Ω bei Umgebungstemperatur zeigt, wie wichtig es ist, Messungen unter ähnlichen Bedingungen vorzunehmen. Sehr oft werden Referenzwerte genau für Temperaturen von 20 – 25 ºC angegeben.
Die nächste Gruppe beliebter Injektoren ist der Typ mit der Bezeichnung ‚CRI 1‘, und das Beispiel dafür ist das BOSCH-Modell 445110141:
Widerstand [Ω] | Induktivität [µH] | Isolierung (bei 250V) |
0,337 |
69 |
>300MΩ |
0,334 |
70 |
>300MΩ |
0,339 |
70 |
>300MΩ |
0,342 |
78 |
>300MΩ |
Ein anderer Typ ist ‚CRI 2-18‘ und das BOSCH-Modell 445110369:
Widerstand [Ω] | Induktivität [µH] | Isolierung (bei 250V) |
0,393 |
141 |
>300MΩ |
0,391 |
141 |
>300MΩ |
0,391 |
142 |
>300MΩ |
0,394 |
141 |
>300MΩ |
Ein weiterer Typ mit geringerem Widerstand der Einspritzspule ist der „CRI 2-16 M2“ und das BOSCH-Modell 445110418:
Widerstand [Ω] | Induktivität [µH] | Isolierung (bei 250V) |
0,234 |
116 |
>300MΩ |
0,235 |
111 |
>300MΩ |
0,239 |
111 |
>300MΩ |
Der Injektor mit einer Spule mit höherem Widerstand ist DENSO und das Modell 095000-613:
Widerstand [Ω] | Induktivität [µH] | Isolierung (bei 250V) |
0,477 |
124 |
>300MΩ |
0,484 |
124 |
>300MΩ |
0,496 |
127 |
>300MΩ |
0,511 |
129 |
>300MΩ |
Die oben genannten Beispiele betrafen gebrauchte, aber funktionsfähige elektromagnetische Injektoren. Aus diesen Daten können allgemeine Schlussfolgerungen gezogen werden:
Im Prinzip 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. Ein separates Thema ist die Temperatur der zu testenden Einspritzdüse. Es ist bekannt, dass diese Komponenten in einem breiten Temperaturbereich arbeiten – vom Kaltstart bis zur schnellen Autobahnfahrt an einem heißen Tag. Das bedeutet, dass bestimmte Ineffizienzen sichtbar werden, wenn der Motor warm ist und läuft. Dies macht sich besonders bei der Isolationsmessung bemerkbar. Die Wicklungskomponenten verändern ihre Position aufgrund von Temperaturänderungen. Tausende solcher Zyklen können zu Isolationsabrieb und Laufproblemen führen (insbesondere die mit dem Fehlercode P0200 verbundenen Symptome). Es ist daher eine gute Praxis, die Einspritzdüsen nach dem Erhitzen zu testen und die Parameter zu vergleichen. Natürlich ist es umständlich, die Temperatur der ausgebauten Einspritzdüse (während der Erwärmung) zu kontrollieren, aber es ist möglich, wie bereits erwähnt, eine Änderung des Widerstands zu verwenden. Ein Anstieg um den Faktor 1,27 lässt darauf schließen, dass die Temperatur der Wicklung um etwa 70ºC gestiegen ist. Um die Schäden an elektromagnetischen Injektoren zusammenzufassen, können zwei Gruppen von Symptomen unterschieden werden:
Das Auslöseelement eines Piezo-Injektors ist ein Piezo-Stapel (manchmal fälschlicherweise als ‚Piezo-Spule‘ bezeichnet). Das Anlegen einer Spannung führt zu einer Veränderung der Form des Plättchens und seine vielen Schichten ermöglichen größere Größenveränderungen. Der Hub eines solchen Aktuators ist klein, kann aber sehr schnell erfolgen, so dass der Kraftstoff genau durch den Injektor dosiert werden kann. Piezo-Injektoren tauchten zuerst in Common-Rail-Systemen auf und werden jetzt auch für Benzininjektoren in der Direkteinspritztechnik verwendet.
Der piezoelektrische Stapel weist die Eigenschaften eines Kondensators auf, aber 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 diesen zusätzlichen Widerstand mehr oder weniger kompensieren kann, je nach Methode. 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. Es ist zu bedenken, dass billigere Multimeter die Messungen auf einer anderen Basis durchführen können. In diesem Fall kann ein Kondensator mit guten Parametern (d.h. nahe am Ideal, ohne zusätzlichen Widerstand und mit guter Isolierung) korrekt gemessen werden. Bei einem piezoelektrischen Stapel ist dies 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, denn schließlich ist die Kapazitätsmessung bei diesen Geräten auf hochwertige Kondensatoren 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 Stacks simuliert).
Mitgelieferter Parallelwiderstand |
Messung durch SIT-12 |
Messung mit Brymen BM867s durchgeführt |
Nein (nur Kondensator) |
3.268 µF |
3,293 µF |
440,4 kΩ |
3,269 µF |
3.307 µF |
221,2 kΩ |
3,271 µF |
3,333 µF |
109,7 kΩ |
3,273 µF |
3,430 µF |
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).
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:
Stapelwiderstand [kΩ] | Kapazität [µF] | Isolierung (bei 250V) |
97 |
3,078 |
11MΩ |
185,8 |
2,061 |
288MΩ |
184,3 |
2,247 |
>300MΩ |
190,5 |
2,413 |
>300MΩ |
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“ und Modell 445115064:
Stapelwiderstand [kΩ] | Kapazität [µF] | Isolierung (bei 250V) |
185 |
2,127 |
>300MΩ |
184 |
2,439 |
>300MΩ |
Satz BOSCH Injektoren Typ „CRI 3-18“ und Modell 445116019:
Stapelwiderstand [kΩ] | Kapazität [µF] |
Widerstand des Stapels, gemessen mit einem EPS-Gerät (unter Hochspannung) [kΩ] |
188,6 |
2,21 |
180,8 |
187,1 |
2,28 |
180,5 |
164,3 |
1,91 |
152,7 |
174,3 |
2,38 |
185,8 |
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.
Fasst man die Ergebnisse der Piezo-Injektor-Messungen zusammen, lassen sich grundlegende Informationen erkennen:
Autor: Produktingenieur Bartłomiej Nowojowski
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