De injector, ook wel verstuiver of inspuitventiel genoemd is bij een inspuitsysteem met poortinspuiting geplaatst in het inlaattraject net voor de inlaatklep. In figuur 1 is te zien dat de benzine vanuit de brandstoftank door de leiding via het brandstoffilter naar de brandstofrail (fuel-rail) wordt getransporteerd. Aan het eind van de brandstofrail is een drukregelaar gemonteerd. Als het brandstofvolume en/of de brandstofdruk te hoog is, zorgt de drukregelaar er voor dat de overtollige brandstof naar de tank wordt teruggeleid.
Moderne systemen hebben geen retourleiding. Daar zorgt het motormanagement er voor dat de benodigde brandstofhoeveelheid exact wordt afgemeten. Vanuit de brandstofrail wordt de benzine naar de injectoren getransporteerd. Het motormanagement regelt dat op het juiste moment de juiste hoeveelheid benzine wordt ingespoten. Belangrijke factoren hierbij zijn openingsduur van de injector en de systeemdruk in het brandstofsysteem.
.jpg)
Fig. 1: Motormanagementsysteem van een inspuitsysteem met poortinspuiting. Dit is een systeem met een retourleiding. De regeling gebeurt door de ECU (Electronic Control Unit); in de tekening is dat de weergegeven component met de letters I.A.W. Dit is een systeem van Magneti Marelli. Andere systemen zijn hier bijna aan gelijk.
Als de brandstofrail met inspuitventielen wordt losgenomen, reken er dan op dat je de afdichtringen onder aan het inspuitventiel bij montage moet vernieuwen. Een vloeistofdichte afdichting tussen inlaatgedeelte en het inspuitventiel is anders niet gewaarborgd.
.jpg)
Fig. 2: De injectoren zijn aan de brandstofrail gemonteerd. Zij worden in de daarvoor bestemde opening in het inlaatspruitstuk gedrukt. De onderste afdichtring dicht het inspuitventiel af tegen het inlaatspruitstuk.
De elektrisch aangestuurde injectoren spuiten de brandstof in de inlaatpoort. De brandstof staat onder druk. Dat is de systeemdruk. De injectoren spuiten in opdracht van de motorregeleenheid (ECU). In de motorregeleenheid zijn eindtrappen gemonteerd, die een spanning naar de injectoren sturen. Dat is een berekend spanningssignaal en ligt tussen de 40 en 60 volt.
De belangrijkste onderdelen van een elektromagnetische injector zijn:
- het ventielhuis met een elektrische en een benzine-aansluiting;
- de spoel van de elektromagneet;
- de beweegbare ventielnaald met magneetanker en ventielkogel;
- de ventielzitting met de spuitgatschijf , en de;
- ventielveer.
.jpg)
Fig. 3 Elektromagnetisch bediende injector (inspuitventiel)
De injector: als de spoel van de elektromagneet wordt bekrachtigd, wordt de ventielnaald van de zitting gelicht. De brandstof wordt ingespoten. De tijd dat de elektromagneet wordt bekrachtigd is de openingsduur.
Als de spoel stroomloos is drukken de veer en de brandstofdruk de ventielnaald met afdichtingskogel in de ventielzitting. De brandstoftoevoer is afgesloten. Komt de spoel onder stroom te staan, dan ontstaat een magnetisch veld. Het magneetanker trekt de ventielnaald aan. De afdichtingskogel wordt van de ventielzitting gelicht. De brandstof wordt ingespoten. Wordt de bekrachtigingsstroom uitgeschakeld, dan wordt de ventielnaald door de veerkracht weer gesloten.
De ingespoten brandstofhoeveelheid wordt door de motorregeleenheid bepaald door:
- de systeemdruk in het brandstoftoevoersysteem;
- de tegendruk in het inlaatspruitstuk;
- de vorm van de uitstroomopening van de injector.
De eindtrappen in de motorregeleenheid voorzien de injectoren van een spanningssignaal. De stroom in de magneetspoel wordt hoger. Het gevolg is het lichten van de ventielnaald. Na afloop van de bekrachtigingsduur is de maximum naaldslag bereikt. De naald is dan helemaal gelicht. Het ventiel is geheel geopend. Zodra het uiteinde van de ventielnaald uit de zitting komt, wordt brandstof ingespoten. Na het uitschakelen van de aansturing vloeit er geen stroom meer. De ventielnaald sluit weer af. Bij een volledig geopend ventiel wordt de inspuithoeveelheid bepaald door openingsduur en systeemdruk.
.jpg)
Fig. 4: Schematische weergave van het openen en sluiten en dus de inspuittijd (inspuitduur) van het inspuitventiel.
Het testen van de werking gebeurt met een merkspecifiek testapparaat. Ook kan je het elektrisch deel testen met een oscilloscoop.
Benzine-inspuitsystemen met directe inspuiting hebben een hogedrukinspuiting direct in de verbrandingsruimte. Het lucht-/brandstofmengsel ontstaat, net zoals bij de dieselmotor, in de verbrandingsruimte.
.jpg)
Fig. 5: Het inspuitsysteem van een motor met directe inspuiting. Te zien zijn de ECU (de motorregeleenheid), de injectoren en - rechts op de foto – de hogedruk-inspuitpomp (Bosch media)
Een elektrische brandstofpomp transporteert de brandstof met een opbrengstdruk van 3...5 bar) naar de hogedrukpomp. De hogedrukpomp zorgt afhankelijk van de bedrijfsomstandigheid (gewenst koppel en toerental) de systeemdruk. De onder hoge druk staande brandstof komt in de brandstofrail en wordt daar opgeslagen.
De brandstofdruk wordt door de hogedruksensor gemeten en door de drukregelklep op een inspuitdruk tussen 50 en 200 bar ingesteld.
Aan de rail, die heet ook wel 'common rail', zijn de hogedrukinspuitventielen gemonteerd. De motorregeleenheid stuurt de hogedrukinspuitventielen aan. Zij spuiten de brandstof direct in de verbrandingsruimte van de cilinders in.
Voorkomen is beter dan genezen, maar soms…
In de praktijk kan een injector gereinigd worden in een ultrasoon-reinigingsapparaat. Ook kan het daarmee getest worden. Dan wordt ook het straalbeeld zichtbaar. En de opbrengst (druk x inspuitduur) wordt gemeten.
Natuurlijk kan er ook gebruik gemaakt worden van de reinigingsmiddelen voor inspuitsystemen zoals die in de handel zijn. Let goed op de dosering. Overigens kunnen veel problemen worden voorkomen door kwalitatief goede benzine te tanken.
Om een injector goed te laten functioneren is het – afgezien van de mechanische toestand – ook van groot belang dat de elektrische aansturing in orde is.
Voordat een diagnose over de werking van een injector kan worden gesteld, gaan we eerst een aantal zaken controleren.
Levert de batterij (accu) voldoende spanning, maar ook stroom. Zoek de specificaties op in de werkplaatsdocumentatie.
Controleer of de brandstofdruk in orde is.
Bij het inschakelen van het contact moet sowieso de brandstofpomp in de tank gaan werken; heel even totdat de werkdruk is bereikt.
Is er voldoende spanning en stroom op de aansluitingen van de injector. Let daarbij ook vooral op een eventuele draadbreuk of een loszittend contact.
Vooral de elektrische aansturing is van belang. Daar kun je een aantal tests voor uitvoeren die uitsluitsel kunnen geven over spanning, stroom en stroomverloop. Hierbij zijn een aantal tests mogelijk.
Met een spanningzoeker kun je controleren of er spanning op de elektrische aansluiting van het inspuitventiel terecht komt. Een probleem kan zijn dat je er moeilijk bij kunt komen, omdat onderdelen van de toevoerleiding (fuel-rail) in de weg zitten.
.jpg)
Fig. 6: Met een spanningszoeker kun je controleren of de injector de vereiste spanning ontvangt.
Met de Power-Probe is het mogelijk een grafisch beeld van het inspuitverloop te genereren. Niet zo gedetailleerd als met een labscope, maar uit het spanningsverloop kun je de conclusie trekken of er voldoende spanning wordt toegevoerd en ook of de ventielnaald weer op de zitting komt.
https://www.youtube.com/watch?v=0_C-yORs4ZE
Met de labscope (oscilloscoop) kun je een duidelijk beeld krijgen hoe het spanningsverloop het inspuitventiel laat werken.
.jpg)
Fig. 7: De elektrische aansturing van de injector kan je volgen op een oscilloscoop. Dat is een meetinstrument. Soms ook ingebouwd in de (duurdere) diagnoseapparatuur. De motorregeleenheid voert spanning toe aan het inspuitventiel. Op het oscilloscoopbeeld zie je een grafiek. Hier kun je verschillende gegevens uit aflezen:
- aansturingssignaal (steile lijn naar boven)
- stroomverloop (alhoewel dus de spanning wordt weergegeven)
- slag van de ventielnaald (als deze van de zitting los komt)
- inspuitduur
Bij ongeveer 13 volt gaat de ventielnaald van de zitting. De spanning daalt even naar het nulpunt en daarna stijgt deze weer, waardoor de inspuitopening vrijkomt. Het inspuitventiel gaat inspuiten. Let even goed op het snijpunt van ’17 volt’ en ‘4,8 milliseconde’ in de neergaande lijn van de afbeelding (naald gaat sluiten). Als je die uitstulping in de lijn mist, dan is de injectorl aan het eind van zijn leven. Dat is een stukje dat de Engelsen de ‘pintle’ noemen. Het is het moment dat de naald weer op de zitting komt en goed afsluit. Maar als de naald niet meer goed afsluit, omdat het raakvlak van de pintle is verdwenen, dan is de injector versleten.
Het eerste stuk steil weergeven lijn (tot ongeveer 85 volt) is de ‘bekrachtigingsstroom’. De scope geeft dus de spanning weer en niet de stroom. Die laatste heb je wel nodig. Dat kan je overigens wel meten met een stroomtang. Let op!; bij hogere spanningen heb je een demper op de ingang van scope nodig. Die vermindert de toegevoerde spanning met bijvoorbeeld een factor 10. Hoge spanningen kunnen schade toebrengen aan die meetapparatuur.
De injector is een tijdje open (inspuitduur). Dan valt de bekrachtigingsstroom weg. Einde inspuiting. De naald valt weer op de zitting. De inspuitopening wordt weer afgesloten. En dan zie je toch de spanning met een kleine piek (rechts op de horizontale lijn) stijgen. Dan komt door de schakelinductie van de magneet.
De meeste informatie over de werking van injectoren, maar voertuigelektronica in het algemeen, krijg je met het werken met een labscope. Leveranciers van dergelijke apparatuur hebben over het algemeen een uitgebreide bibliotheek aan screenshots van goed werkende elektronica. Voor de bezitter/gebruiker van een labscope vrij toegankelijk.
Maar ook de uitlezing van een goede diagnosetester (live gegevens) kan je in de goede richting sturen.
Beeld:
Fig. 1, 3 en 4 uit de leermethode Vt-Totaal (MK Publishing)
Fig. 2 en 6 auteur
Fig. 7 Picoscope Technology
Fig. 5 Bosch media
Atte Roskam
