Kraftstoffbedingte Ablagerungen in Common-Rail-Injektoren – Ursachen und Maßnahmen

Zusammenfassung

In den letzten Jahren wurde eine zunehmende Anzahl von Betriebsstörungen bis hin zu Ausfällen von Motoren im Feld beobachtet. Derartige Störungen und Ausfälle konnten auf Injektor-interne Ablagerungen in Common-Rail-Injektoren zurückgeführt werden. Die bei der Bildung der Ablagerungen zugrunde liegenden chemischen Mechanismen sind sehr komplex und erst seit jüngster Zeit in den Fokus laufender Forschungsaktivitäten gerückt. Die Ablagerungen werden vielerorts als organische Polymere identifiziert, wobei nur sehr wenige Informationen über die chemische Struktur sowie die Entstehungsmechanismen bekannt sind. Als Ursachen werden in der Literatur bestimmte Additive, FAME-Anteile in Kraftstoffen aber auch Metallspuren diskutiert. Durch den Einsatz noch effizienterer Einspritzkomponenten sowie komplexerer Spritzstrategien mit einer hoch genauen Dosierung kann sich die Problematik der Ablagerungsbildung im Inneren von Common-Rail-Injektoren künftig verschärfen. Denkbare Folgeerscheinungen sind erhöhte Emissionen, rauer Motorlauf und Zündaussetzer, hervorgerufen durch Beeinträchtigungen im Timing des Injektors bzw. veränderter Einspritzmengen. Weiterhin können Motorschäden durch dauerhaft falsch einspritzende Injektoren oder klemmende Injektorkomponenten (Düsennadeln, Steuerkolben, Steuerventile) auftreten.

Im Rahmen eines durch FVV, FNR, AGQM, DGMK und UFOP geförderten Projektes wurden am Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren der Universität Rostock gezielt Injektor-interne Ablagerungen im Labormaßstab und an einem Einspritzprüfstand reproduziert und verschiedenste Einflussfaktoren (Additivierung, FAMEGehalt, Aromatengehalt, Druck, Temperatur, Einspritzmenge) auf die Ablagerungsbildung untersucht. Die Belagsanalytik erfolgte unter Einsatz diverser Untersuchungsmethoden wie bspw. FTIR, ToF-SIMS, REMPI/SPI-ToF-MS, ESCA, REM-EDX, HPSEC, ATR-Spektroskopie und 3D Konfokal-Mikroskopie.

Der Beitrag gibt einen Überblick über die wesentlichen Mechanismen, die zur Ablagerungsbildung in Common-Rail-Injektoren führen. Diese umfassen seifenartige, alterungsbedingte und amid-basierte polymere Beläge, die in der Regel gleichzeitig, jedoch mit variierenden Anteilen, auftreten. Daraufhin werden chemische und betriebsbedingte Einflussfaktoren auf die Bildung von Ablagerungen aufgezeigt und diskutiert und weiterhin mögliche Maßnahmen zur Senkung der Belagsbildung aufgeführt.