Injektor boncolás

Bánki Donát és Csonka János porlasztója

A járművek működésének alapfeltétele a megfelelő üzemanyag-ellátás. Ha azt mondom karburátor, akkor szinte mindenki tudja, miről beszélek. Legalábbis rémlik Bánki Donát és Csonka János neve, akik a világon elsőként 1893. február 11-én szabadalmaztatták a benzinporlasztót, azaz a karburátort. Ennek a találmánynak köszönhető, hogy a karburátoros motorok a mai napig is ezen az elven működnek. Bánki és Csonka munkássága kiemelkedő volt, számos újítás fűződik nevükhöz. Csonka már 1877-ben elkészítette el az első magyar gázmotort, majd 1890-ben Bánkival közösen benzinmotort terveztek. Csonka biztosította a postának az első robbanómotoros levélbegyűjtő triciklit, majd szabadalma alapján négyhengeres, 9 lóerős postai áruszállító teherautót gyártottak.

Sajnos - vagy szerencsére - a karburátor ideje lejárt. Az optimális hatásfok és a károsanyag-kibocsátás miatt új megoldás szükségeltetett, ez az injektoros rendszer. Az alapelv tulajdonképpen azonos, levegővel porlasztott üzemanyagot kell juttatni az égéstérbe, csak immár pontosabb mennyiségben és időben.

D-Jetronic az első nagysorozatban gyártott befecskendezős rendszer

Az első dízel befecskendezés elvét Rudolph Diesel 1895-ben egy amerikai szabványban (No. 542846 ) rögzítette. A közvetlen benzinbefecskendezést a svéd mérnök, Jonas Hesselman 1925-ben dolgozta ki. A benzinmotorok esetében sokáig nem foglalkoztak ezzel az iránnyal, és ahogy lenni szokott, a lökést a hadiipar adta. Robert Bosch repülőgépmotorokra fejlesztette ki befecskendező-rendszerét közvetlenül a második világháború előtt. (Mellékesen jegyzem meg, Csonka és Bosch jó barátok voltak).
Bár már létezett a megoldás, a háború után sem terjedt el, egyszerűbb és olcsóbb volt a karburátor fejlesztése. Az áttörés az 50-es 60-as években kezdődött, ekkor jelentek meg az injektoros versenyjárművek, majd a gyári rendszerek a tengerentúlon és Európában egyaránt. Az első sorozatban gyártott Bosch Jetronic injektorral szerelt gépkocsi 1967- ben a Mercedes 220SE-volt. Bár a Bosch szerepe jelentős, meg kell jegyezni, hogy a Simms, Scintilla, Pierburg és Lucas cégek is gyártottak sorozatban befecskendező rendszereket, sőt később licenceket vettek át.

De ne vesszünk el a történelemben, az XIX. század végétől a járműipari fejlesztések oly mértékben felgyorsultak, hogy rengeteg vitás eset volt a szabadalmakat illetőn.

Talán annyit érdemes még megjegyezni, hogy a mai korszerű elektronikus injektorhoz is rögös út vezetett. Már a nagyon korai időszakban léteztek elektronikus befecskendezések (pl. 1974-ben a Saab 99 - D-Jet), mégis kezdetben a zömében mechanikus felépítésű, folyamatos befecskendezési rendszer terjedt el. Ez azt jelenti, hogy egy mechanikailag szabályozott központi egység végzi az adagolást, merev üzemanyag csöveken jut el az üzemanyag a szívócsonkig, ahol hengerenkét egy fúvóka található, az injektorok a motor működése közben valamilyen mértékben állandóan nyitva tartanak. Az üzemanyag nyomása kb. 4-5 bar. Hazánkban máig is viszonylag sok, ezen az elven működő Bosch K illetve KE-Jetronic rendszerű autó fut (Mercedes, BMW, SAAB stb.)

K-Jetronic még ma is sok fut

A fejlődés az elektronikus, szakaszos működtetésű rendszer felé mutatott. Az ilyen rendszereknél a befecskendezést elektromágneses szelep végzi, melynek vezérlő jelét a motorvezérlő biztosítja. A kezdetben kívülről a karburátorra hasonlító, központi befecskendezés terjedt el (Single-point fuel injection). Amelyekben általában egy darab kis ellenállású (1-3 ohm) injektor végzi a befecskendezést, minden üzemben dolgozik, ezért viszonylag gyors injektorokat alkalmaztak. Működését tekintve nagyon fontos a jó porlasztás, mert az üzemanyag egy hosszú, sokszor lehűlt szívócsonkon jut el az égéstérig. Az üzemanyag útja központi befecskendezés esetén lehetséges, hogy hosszabb, mint a karburátorosnál. Az injektor elektronikus vezérlését tekintve a Peak & Hold más néven áramkorlátos rendszer is igen elterjedt. (Pl. Opel).

Tipikus injektor szelepek

A fejlődés következő lépcsője a hengerenkénti befecskendezés volt (Multipoint fuel injection). A vezérlést tekintve itt is többféle módszert alkalmaztak. A legegyszerűbb megoldás, amikor egyféle vezérlővel a szelepek párhuzamosan vannak kötve, egyszerre dolgoznak (szimultán rendszer). Elviekben a működés megegyezik a központi vezérléssel, azzal a különbséggel, hogy itt a szívócsonkba ültetett injektorokat vezérlik (pl. OG Saab 900). Ez a módszert általában maximum négy hengerig alkalmazták, esetleg több hengernél két párhuzamos vezérlést használtak. Például hathengeres motor esetén 1-3-5, illetve 2-4-6 volt a párhuzamos szimultán vezérlés.

Opel Astra Turbó befecskendezőjének ellenállása

A hengerenkénti rendszerek legfejlettebbike a szekvenciális hengerenkénti vezérlés. Ilyenkor az egyes hengerekbe történő befecskendezés - a szívószelepek megfelelő állapotához igazodva - egymástól függetlenül történik. Ezeknek az injektoroknak az ellenállása 12 – 16 ohm. (Az injektorok ellenállásának mérése némi tájékoztatást ad arról, milyen befecskendező-rendszer van az adott gépkocsiban.)

A következő állomás a direkt befecskendezéses rendszerek jelentik. (Fuel Stratified Injection - FSI) Ilyenkor az üzemanyagot nem a szívócsőbe, hanem egyenesen az égéstérbe fecskendezik nagy nyomáson. Előnye a még pontosabb, akár több lépcsőben történő üzemanyag-befecskendezés következtében az optimális teljesítmény-leadás és takarékosság, hátránya a jóval bonyolultabb, drágább rendszer és a megnövekedett károsanyag-kibocsátás. Pár éve még ezt a rendszert tekintették a jövőek, mára már nem ilyen biztosak ebben.

Hogy jobban érthető legyen a szelep működése, szerszámot ragadtam és szétboncoltam egyet.

Mivel jelenleg a hengerenkénti befecskendezés a legelterjedtebb, ezért egy ilyen injektor szelepet kezdtem darabolni. Kívülről nézve egy régebbi, hagyományos, cikkszámát tekintve Bosch 0280150705 alkatrészről van szó, amely 15,9 ohmos és 155 cc/min a hozama 3 baron. Az értéket nézve nem túl nagy fecskendő (autókhoz 200-300 cc/min az elterjedt), utána kerestem, és például a K100-as BMW motorkerékpárban használták ezt az alkatrészt. Külső méretét tekintve ma már vékonyabb és kisebb injektorok az elterjedtek, de belső szerkezeti felépítésük nem sokban különbözik.

Pusztítás előtti állapot

Még mielőtt elkezdtem volna barbár munkámat, tüzetesen szemrevételeztem az áldozatot: fém és műanyag kombináció, gumi tömítőgyűrűkkel. A befecskendező szelep felülről kapja nyomáson (2-3 bar) az üzemanyagot, majd az alján látható nyílásból kimozdul a tű, és ott távozik apró részekre porlasztva. Ezen a szelepen egyetlen egy porlasztó fej található, de a modernebb fecsniken több nyílásból távozik az üzemanyag. A porlasztónyílást elzáró tüskét rugó nyomja, a nyitást elektromágnes végzi úgy, hogy a záró tüske az elektromágnes magja. A fecskendőre feszültséget kapcsolva a nyílás kinyílik, megszakítva a feszültséget a rugó előfeszítésének köszönhetőn bezáródik. Maga az elv rendkívül egyszerű.

Vékony tű zárja el a nyílást

A szelep nyitási üzeme milliszekundumokban fejezhető ki. A működés fontos tényezője a holtidő, amikor az injektor nem vesz részt a munkába. Az elektromágnes tehetetlensége miatt a fecskendő néhány tized milliszekundum késésben van a vezérlőjelhez képest. A bezáráskor a rugó által végzett munka miatt szintén. A kettő összege a holtidő.

A mágnes

Az injektor szelep megbonthatatlan egység, szétszedése csak durva, radikális eszközökkel történhet, én egyszerűen leköszörültem róla a felesleget. Az injektor legszélesebb pontja alatt található az elektromágnes, amelyhez a csatlakozó kapcsolódik. Az egész injektoron átfolyik az üzemanyag, ami hűtést és kenést is biztosít számára. Egyetlenegy gumi tömítés található a tüskén, ez a tömítés Bosch injektorok esetében a nyolcvanas évek közepe óta alkoholálló.

A fotón jól látszik a szétbontott befecskendező szelep minden alkatrésze.

felső tömítés, üzemanyag vezeték +ektromos csatlakozó + tekercs, szeleptest, mozgórész + szeleptű, ülék, tömítés, zárókupak

A befecskendező szelep a jármú talán legprecízebben megmunkált alkatrésze, az üzemanyagban lévő szennyeződés sokszor végzetes hibát okozhat rajta. A szelep megragad, esetleg eltömíti az injektor furatait, a szállított mennyiség megváltozhat. Az injektor sugárképe megváltozhat, a szelep bepisil. Az még jó eset, ha a szelep zárt állapotban romlik el, nyitott állapotban még arra is képes, hogy megtöltse üzemanyaggal a hengert, ilyenkor az indítózási fázisban még a hajtókar is deformálódhat. A boncolt alkatrészen nem volt, de az újabb szelepeken találkozhatunk egy kis szűrővel, ami nem engedi át a szennyeződést a precíziós mozgórész felé. Bár nem gyakori, de alkoholos használat esetén az átállás időszakában az üzemanyagrendszerből kioldott szennyeződések okozhatnak meghibásodást, de már az ellenkezőjéről is hallottam amikor sz alkohol volt a tisztítószer.

Mivel elektromechanikai alkatrész, a befecskendező szelepek élettartama véges. Már 20-30 000 kilométer üzemszerű működés után egymáshoz képest megváltozhatnak a szelepek működése, hiába vezérlik őket azonos időkkel, különböző mennyiségeket szállíthatnak. A korszerű motorvezérlés az ilyen jellegű problémákat elvileg kezeli, de mivel a kipufogógázt vizsgálja - általában egyetlen pontban -, átlagokkal dolgozik. Előfordulhat, hogy az egyik hengerbe több, a másikba kevesebb üzemanyag jut, a motor működése nem lesz optimális. Ez teljesítményváltozásban és természetesen fogyasztás emelkedésében jelentkezik. Egyetlen injektor meghibásodása is okozhat jelentős fogyasztásemelkedést.

Az E85 használat esetében - mivel nagyobb mennyiségeket kell szállítaniuk ugyanazoknak az injektoroknak, még természetes elhasználódáskor is fokozottabban jelentkezhetnek ezek a hibák. Esetleges átalakításkor meg kell mérni, hogy a gyári injektor képes-e a többlet üzemanyag szállítására. Az injektor a befecskendezési köridô tekintetében maximum 80%-os terheléssel üzemelhet biztonságosan. Extrém esetben az is előfordulhat, hogy teljes terhelésnél az injektor képtelen kiszolgálni a kívánt üzemanyag-mennyiséget. Ilyenkor a legkritikusabb pillanatban szegényedik el az üzemanyag, ami komoly motorkárosodást is okozhat.

Nem szabad elfeledni, hogy mindegyik injektoros rendszer több alkatrészből áll. Míg a karburátor gyakorlatilag magában foglalta a keverékképző és alapjárati rendszereket, addig az injektoros autónál a részegységek fizikailag különböző helyen találhatók meg, de együttesen biztosítják a tökéletes működést. A korszerű injektoros rendszer fontos eleme például az üzemanyag-szivattyú, a motorvezérlő ECU, mindenféle szenzorok, az EGR, a lambdaszonda, stb. Ezek együttes jó működése kell ahhoz, hogy a köznyelvben injektornak nevezett fogalom működjön. Bármelyik alkatrész működési zavara komoly hatással van az üzemanyag-fogyasztásra a károsanyag-kibocsátásra. Meghibásodás esetén egy jól képzett szakember azonnal tudja, hova nyúljon, de sokszor hosszú út vezet a valós hibaelhárításig.