Warum reißen Einspritzleitungen?

Eine Einspritzleitung aus Stahl reißt fast nie deshalb, weil der Druck in ihr zu hoch war. Sie reißt durch Ermüdung: eine winzige Biegebewegung, die sich wiederholt, solange der Motor läuft, und sich an der Stelle konzentriert, an der das Rohr starr eingespannt ist. Wie lange eine Leitung hält, hängt von drei Dingen ab: wie stark sie schwingt, unter welcher Spannung sie eingebaut wurde und aus welchem Stahl sie besteht.

Was sagt ein Motorenhersteller?

Die klarste Aussage, die wir kennen, stammt aus einem Sicherheitsrückruf. Ein 2022 bei der US-Verkehrssicherheitsbehörde NHTSA eingereichter Rückrufbericht betraf die Kraftstoffzuleitungen der Injektoren des Cummins-Motors X12. Die Ursache passt in einen einzigen Satz:

„Die betreffenden Kraftstoffleitungen (für die Zylinder 4, 5 und 6) sind anfällig für Rissbildung durch Ermüdungsversagen des Metalls, das aus einer Kombination von Schwingungsbelastung, Montagespannung und Werkstofffestigkeit entsteht.“

NHTSA Part 573 Safety Recall Report 22V-120, 2. März 2022

Die Abhilfe sagt ebenso viel aus wie die Ursache. Die Leitungen wurden durch neue mit derselben Teilenummer ersetzt, „und an den Kraftstoffleitungen werden Schwingungsisolatoren angebracht“. An der Fertigungslinie wurde „die Ausrichtung der Injektoren zum Zylinderkopf durch den Einsatz einer verbesserten Ausrichtvorrichtung verbessert“. Die Leitung behielt ihre Teilenummer. Geändert hat sich, wie stark sie schwingen konnte und wie gerade sie auf den Injektor traf.

Was geschieht tatsächlich im Stahl?

Eine Einspritzleitung ist ein dünnes Stahlrohr, das an beiden Enden befestigt ist. Der Motor versetzt sie in Schwingungen, und jede Einspritzung schickt einen Druckimpuls durch sie hindurch. Das Rohr reagiert darauf mit einer Durchbiegung, die zu klein ist, um sie zu sehen. Unterhalb einer bestimmten Spannung hält Stahl das über die gesamte Lebensdauer des Motors aus. Oberhalb davon entsteht an der Oberfläche, wo die Spannung am höchsten ist, ein Riss und wächst mit jedem Lastwechsel ein wenig, bis der Kraftstoff einen Weg nach außen findet.

Die Spannung ist dort am höchsten, wo das Rohr nicht mehr frei beweglich ist: unmittelbar hinter der Überwurfmutter, wo es aus der starren Verbindung austritt, und unter einer Schelle, die sich gelockert hat. Deshalb sehen so viele gerissene Leitungen gleich aus: ein Haarriss, der direkt hinter der Überwurfmutter rund um das Rohr verläuft.

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Spielen die Schellen wirklich eine Rolle?

Mehr als alles andere, was ein Mechaniker beeinflussen kann. Schellen fixieren die Leitungen aneinander oder am Motor, sodass kein Rohrabschnitt lang genug ist, um frei zu schwingen. Lässt man eine weg, beginnt dieselbe Leitung, sich auf eine Weise zu bewegen, für die sie nie ausgelegt war.

Der Gummieinsatz gehört zur Schelle. Ist er verhärtet, geschrumpft oder herausgefallen, dämpft die Schelle nichts mehr. Dann reibt Stahl auf Stahl, und die Schelle scheuert eine Riefe in das Rohr. Eine Schelle in diesem Zustand wird zusammen mit der Leitung ersetzt und nicht an der neuen Leitung wieder angebracht.

Was ist Montagespannung?

Eine Leitung, die gezogen oder gedrückt werden muss, damit sie ihren Sitz erreicht, steht unter Last, noch bevor sich der Motor einmal gedreht hat. Die Schwingung kommt dann zu dieser Last hinzu. Cummins hat das gelöst, indem es die Injektoren besser ausgerichtet hat. In der Werkstatt erreicht man dasselbe über die Reihenfolge der Arbeitsschritte:

1. Legen Sie die neue Leitung vor dem Einbau neben die alte und vergleichen Sie beide Biegung für Biegung.
2. Lassen Sie alle Schellen lose. Setzen Sie beide Überwurfmuttern von Hand an.
3. Prüfen Sie, ob jedes Ende gerade auf seinem Sitz aufliegt, ohne dass Sie es dort festhalten. Federt es weg, suchen Sie die Ursache: falsche Leitung, verbogene Leitung oder ein Injektor, der nicht ganz eingesetzt ist.
4. Ziehen Sie die Überwurfmuttern mit dem im Werkstatthandbuch genannten Anzugsdrehmoment an. Ziehen Sie erst danach die Schellen fest.

Biegen Sie eine Leitung nie zurecht, damit sie ihren Sitz erreicht. Jedes erneute Biegen verfestigt den Stahl an dieser Stelle und kann die Bohrung flachdrücken. Warum alle Leitungen dieselbe Länge haben und warum man sie weder kürzen noch umbiegen soll, steht im Beitrag zur Länge der Einspritzleitungen.

Kann zu festes Anziehen eine Leitung reißen lassen?

Ja. Die Überwurfmutter presst einen angeformten Dichtkegel auf seinen Sitz, und das kurze Rohrstück hinter dem Kegel ist der am stärksten beanspruchte Teil der ganzen Leitung. Ein zu hohes Anzugsdrehmoment verformt es. Eine Verbindung, die beim richtigen Anzugsdrehmoment noch leicht undicht ist, hat einen beschädigten oder verschmutzten Sitz, und eine weitere Vierteldrehung macht das schlimmer, nicht besser.

Die Anweisung von Delphi für Common-Rail-Leitungen steht nicht ohne Grund in Großbuchstaben: „DIE NEUE LEITUNG MUSS MIT EINEM DREHMOMENTSCHLÜSSEL AUF DAS RICHTIGE ANZUGSDREHMOMENT ANGEZOGEN WERDEN. SIEHE DAS ZUGEHÖRIGE WERKSTATTHANDBUCH.“ Wir nennen hier keine Anzugsdrehmomente, weil sie von Motor zu Motor verschieden sind.

Wie erkennt man eine gerissene Leitung?

Der Rückrufbericht nennt die Warnzeichen: Ein Leck kann bei der Wartung entdeckt werden, und ein Bediener „kann Kraftstoff riechen oder wegen des Kraftstofflecks einen Sprühnebel beobachten“. In der Praxis heißt das: Dieselgeruch bei warmem Motor, eine einzelne Leitung, die nass ist, während die anderen trocken sind, oder ein feiner Nebel um die Injektoren im Leerlauf.

Lässt sich eine gerissene Leitung reparieren?

Nein. Hartlöten, eine Hülse oder eine Klemmringverschraubung setzt eine neue steife Stelle neben Stahl, der bereits ermüdet ist, und Klebeband oder Dichtmittel richten gegen den Einspritzdruck nichts aus. Bei Common-Rail-Leitungen geht Delphi weiter und verlangt jedes Mal eine neue Leitung, wenn eine ausgebaut wurde, weil sich der Kegel beim ersten Anziehen „so verformt, dass er genau zum Anschlusssitz passt“. Eine gerissene Leitung ist Schrott. Bei Schiffsdieseln fangen doppelwandige Leitungen den Kraftstoff aus einer gerissenen auf; das behandeln wir im Beitrag zu ummantelten Leitungen für Schiffsmotoren.