WikiDer > Common-Rail

Common-Rail ist eine Technik zur Einspritzung von Kraftstoff in Einspritzmotoren.

Es wurde von der Forschungsfirma Elasis aus Neapel entwickelt, die Teil der Fiat-Gruppe. 1993 hatten die Italiener den Prototyp ihrer neuen Einspritzung fertig. Bosch kaufte die Patente und übernahm die Firma Elasis.

TDCI, JTD, CDI, HDI, Direkteinspritzung mit Turbolader (TDI) und Benzin Kraftstoff Schichteinspritzung (FSI) sind Motoren mit Direkteinspritzung, bei denen der Kraftstoff unter hohem Druck steht (1850 Bar) in einem Zentralrohr - die Common-Rail - gesammelt wird. Das Common-Rail ist mit den elektrisch betriebenen Injektoren verbunden. Die Injektoren werden vom Motormanagement gesteuert. Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer und damit die Kraftstoffmenge können somit im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen über eine große Bandbreite gesteuert werden. Mit Bewerbung an Common-Rail sein Druckaufbau und die eigentliche Einspritzung sind entkoppelt, was einen großen Regelbereich und Anpassungsfähigkeit bedeutet.

Bei herkömmlichen Motoren werden die Injektoren aufgrund des aufgebauten Drucks geöffnet und geschlossen. In einer separaten Kraftstoffpumpe, a Nockenwelle der Injektionskolben. Der sich oberhalb des Kolbens aufbauende Druck wird zu den Injektoren (auch Injektoren genannt) geleitet. Die Injektoren öffnen bei Überschreiten eines bestimmten Drucks und schließen wieder bei Unterschreiten eines bestimmten Drucks.

Das Common-Rail-System wurde zunächst hauptsächlich auf hoofdzakelijk . angewendet Dieselmotoren mit Direkteinspritzung. Das bedeutet, dass Dieselöl direkt in den Brennraum des Zylinders eingespritzt wird. Bis vor wenigen Jahren wurden Direkteinspritzer nur in schweren Dieselmotoren (Lkw oder noch größer: Schiffsdiesel) eingesetzt, heute aber auch Benzin- und lpgDirekteinspritzer und a Common-Rail und FSI.

Operation

Mit dem Common Rail ist es möglich mittels Elektronik steuern die Injektoren des Dieselmotors unabhängig von der Nockenwelle. Die Einspritzpumpe entfällt sogar und wird durch eine vom Motor angetriebene Hochdruckpumpe ersetzt. Das Elektronische Kontrolleinheit (ECU) berechnet, wann und in welcher Menge der Kraftstoff eingespritzt werden sollte. Die Zerstäuber werden elektromagnetisch betrieben Regelventile.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, bei denen die Kraftstoffpumpe zu jedem Injektor eine Leitung hat, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt unter Druck gesetzt wird, hat ein Common-Rail-Motor eine gemeinsame Leitung (die Common-Rail) der den Kraftstoff unter hohem Druck (bis 1800 bar) konstant an alle Injektoren liefert. Die Injektoren sind mit einem vom Motormanagement gesteuerten Magnetventil ausgestattet, das sehr schnell (in modernen Systemen sogar mehrmals pro Zyklus) öffnen und schließen kann.

Vorteile des Common-Rail-Systems

• der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer können durch das Motormanagement beeinflusst werden
• eine höhere Rendite wird erzielt
• Verbrennung erfolgt gleichmäßiger
• der Motor macht deutlich weniger Lärm
• der Motor liefert mehr Leistung
• bessere Emissionswerte sind möglich

All dies ist möglich, weil es a Feedback ist zwischen Motor, Abgasanlage und ECU. Dadurch wird die Kraftstoffmenge dem Bedarf und der Qualität der Abgase angepasst. All diese Bedingungen werden durch die phasenweise Einspritzung der gewünschten Kraftstoffmenge erreicht. Vor der Haupteinspritzung kann das Steuergerät die Injektoren in einer oder zwei Voreinspritzungen kurzzeitig ansteuern, sodass bereits eine kleine Menge gezündet wird. Dadurch wird die Verbrennung gleichmäßiger aufgebaut, so dass das bekannte Dieselklopfen entfällt. Bei Überschreiten einer bestimmten Druckdifferenz vor und nach dem Partikelfilter kann die ECU eine Nacheinspritzung bewirken. Dadurch steigt die Abgastemperatur so stark an, dass sich der Partikelfilter in den sauerstoffreichen Abgasen sauber verbrennt.

Es ist zu erwarten, dass der Dieselmotor aufgrund zunehmender Kontrolle und Erkenntnis künftig mit Lambda = 1 (kein Luftüberschuss) arbeiten wird. Die Emissionen von NOx wird dadurch abnehmen.

Konventioneller Dieselmotor mit Direkteinspritzung

Bei einem konventionellen Dieselmotor mit Direkteinspritzung besteht das Kraftstoffsystem aus folgenden Komponenten:

Der Niederdruckbereich

• Der Kraftstofftank
• Ein Wasserabscheider mit Grobfilteranlage, der Kondenswasser aus dem Kraftstoff entfernt
• Eine Kraftstoffförderpumpe, die Kraftstoff vom Tank zum Motor pumpt
• Ein oder mehrere Feinfilter, die selbst kleinste Verunreinigungen aus dem Kraftstoff entfernen

Der Hochdruckbereich

einschließlich:

• Eine Einspritzpumpe, die über eine kleine eingebaute Nockenwelle den Kraftstoff genau zum richtigen Zeitpunkt zu den Injektoren pumpt. Die richtige Menge wird durch die Stellung des Gaspedals in Verbindung mit einem Drehzahlregler bestimmt, der die Kraftstoffmenge mechanisch oder elektronisch an die im Zylinder vorhandene Luft (Sauerstoff) anpasst. Schließlich würde zu viel Kraftstoff nicht verbrennen und in Form von schwarzem Rauch aus dem Auspuff kommen.
• Mehrere Hochdruckrohre, eines für jeden Zylinder, die genau die gleiche Länge und Dicke haben, um unterschiedliche Einspritzzeiten (pro Zylinder) zu vermeiden.
• In jedem Zylinder ein Zerstäuber (oder Düse), der den Kraftstoff zerstäubt und unter hohem Druck in den Zylinder einspritzt. Der Zerstäuber wird von einer schweren Feder geschlossen gehalten, die eine Nadel in das untere Loch des Zerstäubers drückt. Kommt eine Druckwelle von der Einspritzpumpe, drückt das unter hohem Druck stehende Dieselöl den Injektor (gegen diesen Federdruck) auf und verschafft sich so Zugang zum Brennraum. Für den Fall, dass Pumpe-Düse-Einheiten verwendet werden, haben sie eine eigene Nockenwelle, die die Injektoren aufdrückt. Die Kraftstoffeinspritzpumpe entfällt dann.

Der Rücklauf- oder Leckteil

Dieses System führt überschüssigen Kraftstoff in den Tank zurück. Die Kraftstoffsaugpumpe fördert viel mehr Kraftstoff zum Motor, als für die Verbrennung tatsächlich benötigt wird. Das ist nützlich: Dieser Kraftstoff kühlt und schmiert die Teile, verhindert aber durch die große Menge auch einen Druckabfall oder gar Luft im System. Oft werden etwa 85 % des gepumpten Kraftstoffs in den Tank zurückgeführt. Die Rücklauf- und Leckleitungen entfernen Kraftstoff aus den Feinfiltern, der Einspritzpumpe und den Einspritzdüsen.

Nachteile eines konventionellen Motors

Bei diesem herkömmlichen Motor werden die Einspritzdüsen im Allgemeinen durch den Druck des Kraftstoffs selbst geöffnet. Dies führt manchmal zu einigen Nachteilen:

• Die Rohre, auch wenn sie dick und stark sind, dehnen sich aufgrund dieses hohen Drucks leicht aus. Bei modernen zweistufigen Zerstäubern öffnet die erste Stufe bei ca. 185 bar, die zweite Stufe bei ca. 400 bar, je nach Typ und Ausführung. Die magnetisch gesteuerten Kraftstoffpumpen (Bosch VP44) haben Systemdrücke bis 1850 bar.
• Die Federn in den Injektoren sind - bei richtiger Einstellung - gleich stark, es können jedoch minimale Unterschiede auftreten, sodass nicht immer die gleiche Kraftstoffmenge in jeden Zylinder gelangt
• Die Kraftstoffeinspritzpumpe steuert Schwankungen der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, wodurch der Systemdruck variabel wird.
• Um ein "Tropfen" zu verhindern, werden in die Einspritzpumpe sogenannte Druckventile eingebaut. Die Auslassventile haben ein bestimmtes Entlastungsvolumen, das einen schnellen Druckabfall in der Auslassleitung bewirkt und den Zerstäuber schnell und kraftvoll schließt. Tropfende Einspritzdüsen lassen einen Motor rauchen.
• Es gibt einen kleinen Zeitunterschied zwischen dem Moment, in dem die Nockenwelle den Druck auf die Flüssigkeit aufbaut, und dem Öffnen des Injektors.

Common-Rail Dieselmotor, Systemaufbau

Hochdruckpumpe

Das Kraftstoffsystem ähnelt teilweise dem des konventionellen Dieselmotors:

Niederdruckbereich

• Der Kraftstofftank
• Der Vorfilter
• Die Saugpumpe
• Kraftstofffilter
• Die Niederdruck-Kraftstoffleitung
• Die Kraftstoffrücklaufleitung
• (Möglicherweise ein Kraftstoffkühler)

Hochdruckteil

• Die Hochdruck-Kraftstoffleitungen
• Die Hochdruckpumpe
• die Schiene
• Der elektromagnetische Zerstäuber

Komplettiert wird das Kraftstoffsystem durch ein Steuergerät (ECU)

Der Rücklauf- oder Leckteil

• Rücklaufleitungen von den Injektoren, Hochdruckpumpe und Filter

Sensoren

Mehrere Sensoren die der ECU Informationen wie die Stellung des Gaspedals liefern, Tempomat, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motortemperatur, Ansauglufttemperatur, Abgastemperatur, Abgasqualität (NOx-Sensor)

1. Gaspedalsensor
2. Ladedrucksensor
3. Zylindersensor
4. Kupplungspedalschalter
5. Bremspedalschalter
6. Geschwindigkeitssensor
7. Kraftstoffdrucksensor

Kurbelwellensensor

Dieser Sensor misst die Position der Kurbelwelle und zählt die Drehzahl des Motors und sendet diese Informationen an die ECU. Die ECU muss genau wissen, wie viele Umdrehungen der Motor für die Einspritzmenge macht. Am Schwungrad wird die Geschwindigkeit gemessen durch a Hallsensor.

Gaspedalsensor

Um die vom Fahrer gewünschte Motorleistung zu regulieren, liefert dieser Sensor dem Steuergerät Informationen über die Stellung des Gaspedals. Als Nothilfe bei Störungen ist der Sensor mit zwei Potentiometern, einer Fein- und einer Grobeinstellung ausgestattet. Der Sensor fällt aus und die Gaspedalstellung wird nicht berücksichtigt, wenn eines der Gaspedalsensorsignale schwach ist. Das Notprogramm mit begrenztem Ertrag ist aktiviert.

Kraftstofftemperatursensor

Dieser Sensor misst die Temperatur des Kraftstoffs im Rail (Kraftstoffkanal). Das Viskosität des Kraftstoffs ist wichtig. Wenn der Kraftstoff warm ist, ist der Kraftstoff auch dünner, also flüssiger und besser für die Einspritzung. Wenn der Kraftstoff kalt ist, wird der Kraftstoff auch dicker, also nicht so flüssig, in diesem Fall muss mehr eingespritzt werden. Dieser Sensor wird immer auf der Kraftstoffgalerie (Rail) platziert. Wenn der Sensor nicht mehr funktioniert Ersatzwert: 70 Grad. Bei einer Kraftstofftemperatur über 106 Grad wird der 3. Kolben der Hochdruckpumpe bei geringer Last abgeschaltet.

Nockenwellensensor

Die Elektronik benötigt eine Zylinderreferenz für die sequentielle Ansteuerung des Injektors (Zylinder für Zylinder in der Reihenfolge 1-3-4-2). Dazu registriert er die Spitze Totpunkt im Kompressionshub jedes Zylinders anhand der Informationen, die er von diesem Sensor erhält. Der Sensor ist vom Hall-Typ und befindet sich am Nockenwellenkurbelgehäuse, wo er gegenüber einer Nockenscheibe am Ende der Nockenwelle montiert ist.

Kupplungspedalschalter

Der CPP-Schalter befindet sich auf der Pedalauflage. Über den CPP-Schalter erkennt die elektronische Motorsteuerung das Einlegen eines anderen Ganges und kann so die Motorlaufeigenschaften verbessern. Der CPP-Schalter sendet ein Massesignal an das PCM, wenn das Kupplungspedal gedrückt wird (Kupplung ausgekuppelt).

Bremspedalschalter

An der Pedalbox befinden sich zwei Bremspedalstellungsschalter, der Bremslichtschalter und der BPP-Schalter. Der Bremslichtschalter dient ausschließlich zum Einschalten des Bremslichts. Der BPP-Schalter wird zur Motorsteuerung verwendet. Es sendet Informationen, wenn das Auto bremst. Der BPP-Schalter ist in Ruhestellung (Bremspedal losgelassen) geschlossen und sendet ein Massesignal.

Benennung

Auto- und Motorradhersteller verwenden jeweils eine eigene Bezeichnung für die Implementierung einer Common Rail. Einige Beispiele hierfür sind CRS, D und SD, VCDi, CRD, HDi, e-HDI, BlueHDi, CDi, JTD, CTDi/CDTi, D-4D und SCDi.