10 ! S~..emübe /'$icht Common fI. i1 I Anwer.dungsgebiete

Systemübersicht Common Rail

II il' AJlfordl'ru n~wn a n d j(' Ein spril zsys­teme d l'S lli t' S('lmol o n; s ll' i,!;t' Jl s ländi,!;,lI üht' f l' In-ür-ke, sch 1ll' lIt' rt , Si:~haltzt' i tenund t' illl 'lll'xih lt, Anpassu ng d t' s Ein­spritnt'rla u fs an rk-n Ilt ' l rj(>h szu sl a nddes Motor s mad w n den ll it' S(' lm olUr

s parsam, sa uber u nd It'i s tung sslark. Sohahcn Uit' S(' l molort'n au ch den Einzu gin die' a utonlOh ilt ' o lw rkla sS(' ,!;I' fundt' n .

Eim' s d it'S1'r h och r-ntwiekelteu Einspritz­sysremc is l da s Spl'id lt' re inspritzsyslt' mt.ommon RaH (CH). lkr Itauptvor u-ü desCom mo n Rail Sys tems h,' g t in den großenVariauonsmögltchkciten hl'i der Gt's ta l­

tung rh-s Einspruzdrucks und d, 'r Ein ­

sprttzzenpunkte. lries wird durch di"Er nkoppl ung vo n nruekcrzeugung (Hoch ­druck pumpe) und Ein s prilw l1 g (lnj ek ­

tor ..n ) r-rn-ichr . Als ln-uckspcir-lu-r di "ntdalw i d as Rail.

Anwendungsgebiete

Das Speu-hereinspruzsys tem Co m mo n Railfü r Motor.. n m il ll i" S1'!-lJ irt 'klt' in spr itzung­(Direetlnjection, Ill) wird in folgr-ndenPahrzr-ugr-n " i ng" S1~ tz t,

~ pkw mit sehr spa rsa nu'n Drei zylmdet- .Mo tort'n von n,1I/ Hubra um, :l tl k W(4 1 PS) 1.l'i s lUng, J(Hl Nm Drehmomentund e tm-m Kraft sroffw-rbrauch von:i, 5 1/ 1(Hl km h is h in zu Ad llzylintl l' r­Mo toren in Oberklassefahr zeu genmit "'I. 4 r Hubraum, 1110 kW (245 1'S)I.t'i stll ng und sso Nm l)r.,)1I110 n1"ll1.

~ l.eichte Nkw muLets tungcn bisxn kW/ Zylintl, 'r sowie

~ schwere Nk w his hin zu Lokomo tivenund Schiffen mit I.d stul1g.. n bis ca .2 0 0 k WjZyli nlkr.

Spe"' he, ,,,nsp' il.zsySrem Cemmon Rail an einem FCinfzy l inde~ D i.s.lmote,

Bi ld 1, K.a ft stt>fI·

RiJckleitung, Hochdruck-Kraft -

Slolfl~i lu na >um

Inlektt>r

a Injektt>r

• Rail

s Raild,ucksenso.

• Hochdruck-

K.allstof f l"'tung "•. um Rai l e•, K.altstt>{f·RCicklauf >,, Hochdruckpump&

Systemübersicht Common Rail I Aufbau I 11

Das Common Rail System bietet eine hoheFlexibilität zur Anpassung der Einsprit­zung an den Motor. Das wird erreichtdurch:li>- Hohen Einspritzdruck bis ca. 1800 bar,

zukünftig bis 2000 bar.li>- An den Betriebszustand angepassten

Einspritzdruck (200...1800 bar).li>- Variablen Einspritzbeginn.li>- Möglichkeit mehrerer Vor- und Nach­

einspritzungen (selbst sehr späte Nach­einspritzungen sind möglich).

Aufbau

Das Common Rail System besteht ausfolgenden Hauptgruppen (Bilder 1 und 2):li>- Niederdruckteil mit den Komponenten

der Kraftstoffversorgung,li>- Hochdruckteil mit den Komponenten

Hochdruckpumpe, Rail, Injektoren undHochdruck-Kraftstoffleitungen,

li>- Elektronische Dieselregelung (EDC)mit den Systemblöcken Sensoren, Steuer­gerät und Stellglieder (Aktoren).

Damit leistet das Common Rail Systemeinen Beitrag zur Erhöhung der spezifi­schen Leistung, zur Senkung des Kraft­stoffverbrauchs sowie zur Verringerungder Geräuschemission und des Schadstoff­ausstoßes von Dieselmotoren.

Common Rail ist heute für moderneschnell laufende Pkw-DI-Motoren das amhäufigsten eingesetzte Einspritzsystem.

Kernbestandteile des Common Rail Sys­tems sind die Injektoren. Sie enthalten einschnell schaltendes Ventil (Magnetventiloder Piezosteller), über das die Einspritz­düse geöffnet und geschlossen wird Sokann der Einspritzvorgang für jeden Zylin­der einzeln gesteuert werden.

Systembereiche einer Motors teue rung mit Common Rail Einspritzsystem

Bild 2

1 Hochdruckpumpe

2 Rail

3 Injektoren

tor

... DieselkraftstoffHochdrucktei l

Elektronische Dieselrege lung EDC: Motorsteuerung, Sensoren, Schnittstellen

1i 1Kraftstoffversorgung Luft- und(Niederdruckteil) Abgassysteme

Jl.~, ~) Mo

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....- Signale. - \

12 I Systemübersicht Common Rail I Arbei tsweise

Die Injektoren sind gemeinsam am Railangeschlossen. Daher leitet sich der Name"Common Rail" (englisch für "gemeinsameSchiene/Rohr") ab.

Kennzeichnend für das Common RailSystem ist, dass der Systemdruck abhängigvom Betriebspunkt des Motors eingestelltwerden kann. Die Einstellung des Druckserfolgt über das Druckregelventil oderüber die Zumesseinheit (Bild 3).

Arbeitsweise

Beim Speichereinspritzsystem CommonRail sind Druckerzeugung und Einsprit­zung entkoppelt. Der Einspritzdruck wirdunabhängig von der Motordrehzahl undder Einspritzmenge erzeugt. Die Elektro­nische Dieselregelung (EDC) steuert dieeinzelnen Komponenten an.

Bild 3

Hochd ruckseitige

Druck regelung mit

Druckregelventil für

Pkw-Anwendung

b Saugseitige Druck­

regelung mit an der

Hochdruckpumpe

angeflanschter

Zumesseinheit

(f ür Pkw und Nkw)

Saugseitige Druck­

regelung mit

Zumesseinheit

und zusätzliche

Regelung mit

Druckregelventi I

(f ür Pkw)

1 Hochdruckpumpe

2 Kraftstoffzulauf

3 Kraftstoff rüc klauf

4 Druckregelventil

5 Rail

6 Raildrucksensor

7 Anschluss Injektor

8 Anschluss Kraft-

stottrücklaut

Druckbegrenzungs-

ventil

10 Zumesseinheit

11 Druckregelventi I

Der modulare Aufbau des Common RailSystems erleichtert die Anpassung an dieverschiedenen Motoren.

Beispiele für d ie Hochdruckregelungvon Common Rail Systemen

~,~2 1 3 .1], ~

;:Jzw

DruckerzeugungDie Entkopplung von Druckerzeugung undEinspritzung geschieht mithilfe eines Spei­chervolumens. Der unter Druck stehendeKraftstoffsteht im Speichervolumen des"Common Rail" für die Einspritzung bereit.

Eine vom Motor angetriebene, kontinu­ierlich arbeitende Hochdruckpumpe bautden gewünschten Einspritzdruck auf. Sieerhält den Druck im Rail weitgehend un­abhängig von der Motordrehzahl und derEinspritzmenge aufrecht. Wegen der na­hezu gleichförmigen Förderung kann dieHochdruckpumpe deutlich kleiner undmit geringerem Spitzenantriebsmomentausgelegt sein als bei konventionellen Ein­spritzsystemen. Das hat auch eine deut­liche Entlastung des Pumpenantriebes zurFolge.

Die Hochdruckpumpe ist als Radialkolben­pumpe, bei Nkw teilweise auch als Reihen­pumpe ausgeführt.

DruckregelungJe nach System kommen unterschied­liche Verfahren der Druckregelung zurAnwendung.

Hochdruckseitige RegelungBei Pkw-Systemen wird der gewünschteRaildruck über ein Druckregelventil hoch­druckseitig geregelt (Bild 3a, Pos. 4). Nichtfür die Einspritzung benötigter Kraftstofffließt über das Druckregelventil in denNiederdruckkreis zurück. Diese Regelungermöglicht eine schnelle Anpassung desRaildrucks bei Änderung des Betriebs­punkts (z. B. bei Lastwechsel).

Die hochdruckseitige Regelung wurde beiden ersten Common Rail Systemen ange­wandt. Das Druckregelventil ist vorzugs­weise am Rail, bei einzelnen Anwendungendirekt an der Hochdruckpumpe angebaut.

Saugseitige MengenregelungEine weitere Möglichkeit, den Raildruckzu regeln, besteht in der saugseitigen Men­genregelung (Bild 3b). Die an der Hoch­druckpumpe angeflanschte Zumesseinheit(10) sorgt dafür, dass die Pumpe exakt dieKraftstoffmenge in das Rail fördert, mitwelcher der vom System geforderte Ein­spritzdruck aufrechterhalten wird. EinDruckbegrenzungsventil (9) verhindert imFehlerfall einen unzulässig hohen Anstiegdes Raildrucks.

Mit der saugseitigen Mengenregelung istdie auf Hochdruck verdichtete Kraftstoff­menge und somit auch die Leistungsauf­nahme der Pumpe geringer. Das wirkt sichpositiv auf den Kraftstoffverbrauch aus.Außerdem wird die Temperatur des in denKraftstoffbehälter rücklaufenden Kraft­stoffs gegenüber der hochdruckseitigenRegelung reduziert.

ZweistellersystemDas Zweistellersystem (Bild 3c) mit dersaugseitigen Druckregelung über die Zu­messeinheit und der hochdruckseitigenRegelung über das Druckregelventil kom­biniert die Vorteile von hochdruckseitigerRegelung und saugseitiger Mengenrege­lung (s. Abschnitt "Common Rail Systemfür Pkw").

EinspritzungDie Injektoren spritzen den Kraftstoffdirekt in den Brennraum des Motors ein.Sie werden über kurze Hochdruck-Kraft­stoffleitungen aus dem Rail versorgt. DasMotorsteuergerät steuert das im Injektorintegrierte Schaltventil an, das die Ein­spritzdüse öffnet und wieder schließt.Öffnungsdauer des Injektors und System­druck bestimmen die eingebrachte Kraft­stoffmenge. Sie ist bei konstantem Druck

Systemübersicht Common Rail I Arbei tsweise I 13

proportional zur Einschaltzeit des Schalt­ventils und damit unabhängig von derMotor- bzw. Pumpendrehzahl (zeitgesteu­erte Einspritzung).

Hydraulisches LeistungspotenzialDie Trennung der Funktionen Druckerzeu­gung und Einspritzung eröffnet gegenüberkonventionellen Einspritzsystemen einenweiteren Freiheitsgrad bei der Verbren­nungsentwicklung: der Einspritzdruckkann im Kennfeld weitgehend frei gewähltwerden. Der maximale Einspritzdruck be­trägt derzeit 1800 bar.

Das Common RaHSystem ermöglichtmit Voreinspritzungen bzw. Mehrfachein­spritzungen eine weitere Absenkung vonAbgasemissionen und reduziert deutlichdas Verbrennungsgeräusch. Mit mehr­maligem Ansteuern des äußerst schnellenSchaltventils lassen sich Mehrfacheinsprit­zungen mit bis zu fünf Einspritzungen proEinspritzzyklus erzeugen. Die Düsennadelschließt mit hydraulischer Unterstützungund sichert so ein rasches Spritzende.

14 I Systemübersicht Common Rail I Arbei tsweise

Steuerung und RegelungArbeitsweiseDas Motorsteuergerät erfasst mithilfe derSensoren die Fahrpedalstellung und denaktuellen Betriebszustand von Motor undFahrzeug (siehe auch Kapitel "Elektro­nische Dieselregelung"). Dazu gehörenunter anderem:.. Kurbelwellendrehzahl und -winkel,li>- Raildruck,li>- Ladedruck,.. Ansaugluft-, Kühlmittel- und Kraftstoff­

temperatur,li>- angesaugte Luftmasse,.. Fahrgeschwindigkeit usw.

Das Steuergerät wertet die Eingangssig­nale aus und berechnet verbrennungs­synchron die Ansteuersignale für dasDruckregelventil oder die Zumesseinheit,die Injektoren und die übrigen Stellglieder(z.B. Abgasrückführventil, Steller desTurboladers).

Die erforderlichen kurzen Schaltzeitenfür die Injektoren lassen sich mit den opti­mierten Hochdruckschaltventilen undeiner speziellen Ansteuerung erreichen.

Das Winkel-Zeit-System gleicht den Ein­spritzzeitpunkt mit den Daten des Kurbel­und Nockenwellensensors an den Motor­zustand an (Zeitsteuerung). Die Elektro­nische Dieselregelung (EDC)erlaubt es, dieEinspritzmenge exakt zu dosieren. Außer­dem bietet die EDCdas Potenzial fürwei­tere Zusatzfunktionen, die das Fahrverhal­ten verbessern und den Komfort erhöhen.

GrundfunktionenDie Grundfunktionen steuern die Ein­spritzung von Dieselkraftstoff zum rich­tigen Zeitpunkt, in der richtigen Mengeund mit dem vorgegebenen Druck. Siesichern damit einen verbrauchsgünstigenund ruhigen Lauf des Dieselmotors.

Korrekturfunktionen für die Einspritz­berechnungUm Toleranzen von Einspritzsystem undMotor auszugleichen, stehen eine Reihevon Korrekturfunktionen zur Verfügung(s. Kapitel "Elektronische Dieselregelung"):li>- Injektonnengenabgleich,li>- Nullmengenkalibrierung,li>- Mengenausgleichsregelung,li>- Mengenmittelwertadaption.

ZusatzfunktionenZusätzliche Steuer- und Regelfunktionendienen einer Reduzierung der Abgasemis­sionen und des Kraftstoffverbrauchs odererhöhen die Sicherheit und den Komfort.Beispiele dafür sind:li>- Regelung der Abgasrückführung,li>- Ladedruckregelung,li>- Fahrgeschwindigkeitsregelung,li>- elektronische Wegfahrsperre usw.

Die Integration der EDCin ein Fahrzeug­Gesamtsystem eröffnet ebenfalls eineReihe neuer Möglichkeiten, z. B. Datenaus­tausch mit der Getriebesteuerung oder derKlimaregelung.

Eine Diagnoseschnittstelle erlaubt die Aus­wertung der gespeicherten Systemdatenbei der Fahrzeuginspektion.

SteuergerätekonfigurationDa das Motorsteuergerät in der Regel nurbis zu acht Endstufen für die Injektorenbesitzt, werden für Motoren mit mehr alsacht Zylindern zwei Motorsteuergeräteeingesetzt. Sie sind über eine sehr schnelleinterne CAN-Schnittstelle im "MasterSlave"-Verbund gekoppelt. Dadurch stehtauch mehr Mikrocontrollerkapazität zurVerfügung. Einige Funktionen sind jeweilsfest einem Steuergerät zugeordnet (z. B.Mengenausgleichsregelung). Andere kön­nen bei der Konfiguration flexibel einemSteuergerät zugeordnet werden (z.B. dieErfassung von Sensoren).

Typischer Drehmoment- und Leistungsverlaufeines Pkw-Dieselmot ors

Das Drehmoment - und nicht etwa die Mo­

torleistung - ist entscheidend für die Durch­

zugskraft des Motors. Im Vergleich zu einem

Ottomotor ohne Aufladung kann auch mit ei­

nem leistungsschwächeren Dieselmotor mehr

.Fahrspaß" erreicht werden. Das Image des

"lahmen Stinkers" trifft auf Dieselfahrzeuge

der neuen Generationen nicht mehr zu.

Umweltverträglichkeit

Die Rauchschwaden, die Dieselfahrzeuge

früher im höheren Lastbetrieb produzierten,

gehören der Vergangenheit an. Möglich

wurde das durch verbesserte Einspritzsys­

teme und die Elektronische Dieselregelung

(EDC). Die Kraftstoffmenge kann mit diesen

Systemen exakt dosiert und an den Motor­

betriebspunkt und die Umgebungsbedingun­

gen angepasst werden. Mit dieser Technik

werden die aktuell gültigen Abgasnormen

erfüllt.

Oxidationskatalysatoren, die Kohlen­

monoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC)

aus dem Abgas entfernen, sind beim Diesel­

motor Standard. Mit weiteren Systemen zur

Abgasnachbehandlung, wie z. 8. Partikelfilter

und No--Spelcherkatalysatoren. werden auch

zukünftige verschärfte Abgasnormen erfüllt ­

auch die Normen der US-Gesetzgebung.

~ DIeselboom In Europa

Einsatz des Dieselmotors

Zu Beginn der Automobilgeschichte war der

Ottomotor das Antriebsaggregat für Straßen­

fahrzeuge. Im Jahr 1927 wurden schließlich

die ersten Nkw, 1936 dann auch Pkw mit

Dieselmotoren ausgeliefert.

Im Nkw-Bereich konnte sich der Diesel­

motor aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit und

Langlebigkeit durchsetzen. Im Pkw-Bereich

hingegen führte der Dieselmotor lange Zeit

noch ein Schattendasein. Erst mit den direkt

einspritzenden modernen Dieselmotoren mit

Aufladung - das Prinzip der Direkteinsprit­

zung wurde schon bei den ersten Nkw-Diesel­

motoren angewandt - hat sich das Erschei­

nungsbild des Diesels gewandelt. Mittlerweile

liegt der Diesel-Anteil an neu zugelassenen

Pkw in Europa bei annähernd 50%.

Merkmale des Dieselmotors

Was zeichnet den Dieselmotor der Gegen­

wart aus, dass er in Europa einen derartigen

Boom erlebt?

Wirtschaftlichkeit

Zum einen ist der Kraftstoffverbrauch gegen­

über vergleichbaren Ottomotoren immer

noch geringer - das ergibt sich aus dem

höheren Wirkungsgrad des Dieselmotors.

Zum anderen werden Dieselkraftstoffe in

vielen europäischen Ländern geringer be­

steuert. Für Vielfahrer ist der Diesel somit

trotz des höheren Anschaffungspreises die

wirtschaftlichere Alternative.

Fahrspaß

Nahezu alle aktuellen Dieselmodelle arbeiten

mit Aufladung. Dadurch kann schon im nied­

rigen Drehzahlbereich eine hohe Zylinder­

füllung erreicht werden. Entsprechend hoch

kann auch die zugemessene Kraftstoffmenge

sein, wodurch der Motor ein hohes Dreh­

moment erzeugt. Daraus ergibt sich ein Dreh­

momentverlauf, der das Fahren mit hohem

Drehmoment schon bei niedrigen Drehzahlen

ermöglicht.

Nm

360

320

~E 280•§ 240Es:~ 200o

160

o

kW

100

90

80 ~

~

c70 ~

60 ~

50

40o~

1000 2000 3000 4000 min-t 3Motordrehzahl z

w

Dieselboom in Europa I 15

16 I Systemübersicht Common Rail I Common Rail System für Pkw

Common Rail Systemfür Pkw

KraftstoffversorgungBei Common Rail Systemen für Pkw kom­men für die Förderung des Kraftstoffs zurHochdruckpumpe Elektrokraftstoffpum­pen oder Zahnradpumpen zur Anwendung.

Systeme mit ElektrokraftstoffpumpeDie Elektrokraftstoffpumpe - als Bestand­teil der Tankeinbaueinheit im Kraftstoff­behälter eingesetzt (Intank) oder in derKraftstoffzuleitung verbaut (Inline) - saugtden Kraftstoff über ein Vorfilter an undfördert ihn mit einem Druck von 6 bar zurHochdruckpumpe (Bild 3). Die maximaleFörderleistung beträgt 190 I/h. Um einenschnellen Motorstart zu gewährleisten,schaltet die Pumpe schon bei Drehen desZündschlüssels ein. Damit ist sicher­gestellt, dass bei Motorstart der nötigeDruck im Niederdruckkreis vorhanden ist.

In der Zuleitung zur Hochdruckpumpeist der Kraftstofffilter (Feinfilter) eingebaut.

Systeme mit ZahnradpumpeDie Zahnradpumpe ist an die Hochdruck­pumpe angeflanscht und wird von derenAntriebswelle mit angetrieben (Bilder 1und 2). Somit fordert die Zahnradpumpeerst bei Starten des Motors. Die Förderleis­tung ist abhängig von der Motordrehzahlund beträgt bis zu 400 I/h bei einem Druckbis zu 7 bar.

Im Kraftstoffbehälter ist ein Kraftstoff­Vorfilter eingebaut. Der Feinfilter befindetsich in der Zuleitung zur Zahnradpumpe.

KombinationssystemeEs gibt auch Anwendungen, die beidePumpenarten einsetzen. Die Elektrokraft­stoffpumpe sorgt insbesondere bei einemHeißstart für ein verbessertes Startverhal­ten, da die Förderleistung der Zahnrad­pumpe bei heißem und damit dünnflüssi­gerem Kraftstoff und niedriger Pumpen­drehzahl verringert ist.

HochdruckregelungBeim Common Rail System der erstenGeneration erfolgt die Regelung des Rail­drucks über das Druckregelventil. DieHochdruckpumpe (Ausführung CP1) for­dert unabhängig vom Kraftstoffbedarfdiemaximale Fördennenge, das Druckregel­ventil führt überschüssig gefördertenKraftstoff in den Kraftstoffbehälter zurück.

Das Common Rail System der zweiten Ge­neration regelt den Raildruck niederdruck­seitig über die Zumesseinheit (Bilder 1 und2). DieHochdruckpumpe (Ausführung CP3und CP1H)muss nur die Kraftstoffmengefordern, die der Motor tatsächlich benötigt.Der Energiebedarf der Hochdruckpumpeund damit der Kraftstoffverbrauch sind da­durch geringer.

Das Common Rail System der drittenGeneration ist durch die Piezo- Inline­Injektoren gekennzeichnet (Bild 3).

Wenn der Druck nur auf der Niederdruck­seite eingestellt werden kann, dauert beischnellen negativen Lastwechseln derDruckabbau im Rail zu lange. Die Dynamikfür die Druckanpassung an die veränder­ten Lastbedingungen ist zu träge. Dies istinsbesondere bei Piezo-Inline-Injektorenaufgrund der nur geringen inneren Lecka­gen der Fall. Einige Common Rail Systemeenthalten deshalb neben der Hochdruck­pumpe mit Zumesseinheit zusätzlich einDruckregelventil (Bild 3). Mit diesem Zwei­stellersystem werden die Vorteile derniederdruckseitigen Regelung mit demgünstigen dynamischen Verhalten derhochdruckseitigen Regelung kombiniert.

Ein weiterer Vorteil gegenüber der aus­schließlich niederdruckseitigen Regelmög­lichkeit ergibt sich dadurch, dass bei kal­tem Motor eine hochdruckseitige Regelungvorgenommen werden kann. Die Hoch­druckpumpe fordert somit mehr Kraftstoffals eingespritzt wird, die Druckregelungerfolgt über das Druckregelventil. DerKraftstoffwird durch die Komprimierungerwärmt, wodurch auf eine zusätzlicheKraftstoffheizung verzichtet werden kann.

Systemübersicht Common Rail I Common Rail System f ür Pkw I 17

li=== =H== = ='9 = = = ===1CJ'=V=9 =iJ'==n= =t=='J

Bild 1

1 Hochdruckpumpe

CP3 mit angebau­

ter Zahnrad-Vor­

to rderpumpe und

Zumesseinheit

Krafts tofffilte r mit

Wasserabsche ider

und Heizung

(op tional )

3 Kraftstoffbehälter

4 Vor filter

5 Rail

6 Raild rucksensor

7 Magnetventi l-

Injektor

8 Druckbegrenzungs-

ventil

•

7

..

2

Beispiel für ein Common Rail System der zwei ten Genera tion für ei nen Vierzylindermotor

Be ispiel f ür ein Common Rail System der zwei ten Genera tion mit Zweistellersystem für einen V8-Motor

7

Bild 2

1 Hoc hdr uckpumpe

CP3 mit angebau­

ter Zahnrad-Vor­

torderpumpe und

Zumesseinheit

Krafts tofffilter mit

Wasserabsche ider

und Heizung

(opt ionalj

3 Kraftstoffbehälter

4 Vor fi lter

5 Rail

6 Raild rucksensor

7 Magnetventil-

Injekto r

8 Druckrege lventil

9 Funktionsblock

(Verte iler)

Be ispiel f ür ein Common Rail System der dritten Gene ration mit Zweistellersystem fü r ei nen Vier zyli ndermo tor

~9=[]

I(~':i=-::-::-::-::-::-::-::-::-=-4--::- 9 ::--------- - ---------- --------- ---

..

7

Bild 3

1 Hochd ruckpumpe

CP1H mit zumess­

ein heit

Krafts tofffilter mit

Wasserabscheider

und Heizung

(opt io nal j

3 Kraftstoffbehälter

4 Vorfilter

5 Rail

6 Halldrucksensor

7 Piezo-Inline- Injektor

8 Druck regelvent il

9 Elekt rokraft stoff-

pumpe

18 I Systemübersicht Common Rail I Common Rail System für Pkw

Systembild PkwBild 4 zeigt alle Komponenten eines Com­mon RaH Systems für einen Vierzylinder­Pkw-Dieselmotor mit vofjausstatrung.jenach Fahrzeugtyp und Einsatzart kommeneinzelne Komponenten nicht zur Anwen­dung.

Um eine übersichtlichere Darstellung zuerhalten, sind die Sensoren und Sollwert­geber (A) nicht an ihrem Einbauort dar­gestellt. Ausnahme bilden die Sensorender Abgasnachbehandlung (F) und derRaildrucksensor, da ihre Einbaupositionzum Verständnis der Anlage notwendig ist.

Bild 4

Motor, Motorsteuerung und Hochdruck­

Einspritzkomponenten

17 Hochdruckpum pe

18 Zumesseinheit

25 Motorsteuergerät

26 Rail

27 Raildrucksensor

28 Druckregelventil (ORV-2)

29 Injektor

30 Glühstiftkerze

31 Dieselmotor (01)

M Drehmoment

A Sensoren und Sollwertgeber

1 Fahrpedalsensor

2 Kupplungsschalter

3 8remskontakte (2)

4 Bedienteil für Fahrgeschwindigkeitsregler

5 Glüh-Start-Schalter ("Zündschloss")

6 Fahrgeschwindigkei tssensor

7 Kurbelwe Ilend rehzahlse nsor (i ndu kuv )

8 Nockenwellendrehzahlsensor (Induktiv- oder Hall-

Sensor)

9 Motortemperatursensor (im Kühlrmttelkreislauf)

10 Ansauglufttemperatursensor

11 Ladedrucksensor

12 Heißfilm-Luftmassenmesser (Ansaugluft)

B Schnittstellen

13 Kombiinstrument mit Signalausgabe für

KraftstoffVerbrauch, Drehzahl usw.

14 Klimakompressor mit Bedienteil

Über den CAN-Bus im Bereich "Schnitt­stellen" (B) ist der Datenaustausch zu denverschiedensten Bereichen möglich:... Starter,... Generator,... elektronische Wegfahrsperre,... Getriebesteuerung,... Antriebsschlupfregelung (ASR)und... Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP).

Auch das Kombiinstrument (13) und dieKlimaanlage (14) können über den CAN­Bus angeschlossen sein.

Für die Abgasnachbehandlung werden zweimögliche Kombinationssysteme aufgeführt.Ein DPF-System (a) und ein Kombinatios­system (b) mit Növ-Speicherkatalysator undDiesel-Partikelfilter (DPF).

15 Diagnoseschnitt stelle

16 Glühzei tsteuergerä t

CAN Controller Area Network

(serieller Datenbus im Kraftfahrzeug)

C Kraftstoffversora:ung (Niederdruckteil)

19 Kraftsto fffilter mit Übers trömventil

20 Kraftstoffbehälter mit Vorfilter und

Elektrokraftstoffpumpe, EKP (Vorförderpumpe)

21 Füllstandsensor

D Additivsystem

22 Additivdosiereinheit

23 Additiv-Con trol-Steuergerät

24 Additivtank

E Luftversorgung

32 AbgasnJckführkühler

33 l adedruckstel ler

24 Abgasturbolade r (hier mit variabler

Turbinengeometrie, VTG)

35 Regelklappe

36 Abgasrückführsteller

37 Unterdruckpumpe

F Abgasnachbehandlung

38 Breitband-Lambda-Sonde LSU

39 Abgastemperatursensor

40 Oxidationskatalysator

41 Oiesel-Partikel filter (OPF)

42 Differenzdrucksensor

43 NOx-Speicherkatalysator

44 Breitband-Lambda-Sonde, option al NOx-Sensor

Systemübersicht Common Rail I Common Rail System für Pkw I 19

Diesel-Einspri tzanlage für Pkw mit Common Rail Einsprit zsystem

25

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37

42

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10

11

12

A

B

14

15

16

20 I Diesel-Einspritzsysteme im Überblick

Einsatzgebiete

Dieselmotoren zeichnen sich durch ihre

hohe Wirtschaftlichkeit aus. Seit dem

Produktionsbeginn der ersten Serien­

Einspritzpumpe von Bosch im Jahre 1927

werden die Einspritzsysteme ständig

weiterentwickelt.

Dieselmotoren werden in vielfältigen

Ausführungen eingesetzt (8i ld 1), z. 8. als

li>- Antrieb für mobile Stromerzeuger

(bis ca. 10kWjZylinder),

li>- schnell laufende Motoren für Pkw und

leichte Nkw (bis ca. 50kWjZylinder),

li>- Motoren für Bau-, Land- und Forst­

wirtschaft (bis ca. 50kWjZylinder),

li>- Motoren für schwere Nkw, 8usse und

Schlepper (bis ca. BOkWjZylinder),

li>- Stationärmotoren, z. 8. für Notstrom­

aggregate (bis ca. 160kWjZylinder),

li>- Motoren für Lokomotiven und Schiffe

(bis zu 1000kWjZylinder).

Anwen d ungsgebiete der Bosch-Diesel-Einspr it zsysteme

Anfo rderu nge nSchärfer werdende Vorschriften für Abgas­

und Geräuschemissionen und der Wunsch

nach niedrigerem Kraftstoffverbrauch stellen

immer neue Anforderungen an die Einspritz­

anlage eines Dieselmotors.

Grundsätzlich muss die Einspritzanlage den

Kraftstoff für eine gute Gemischaufbereitung

je nach Diesel-Verbrennungsverfahren (Direkt­

oder Indirekteinspritzung) und 8etriebs­

zustand mit hohem Druck (heute zwischen

350 und 2050bar) in den 8rennraum des

Diesel motors einspritzen und dabei die Ein­

spritzmenge mit de r größtmöglichen Genau ­

igkeit dosieren. Die Last - und Drehzahlrege­

lung des Dieselmotors wird über die Kraft­

stoffmenge ohne Drosselung der Ansaugluft

vorgenommen.

Die mechan ische Regelung für Diesel-Ein­

spritzsysteme wird zunehmend durch die

Elektronische Diese lregelung (EDC) ver­

drängt. Im Pkw und Nkw werden die neuen

Dieseleinspritzsysteme ausschließlich durch

EDC gerege lt.

Bild 1

M, MW,

A, P, H,

ZWM ,CW Reihene inspri tz-

pumpen mit

ansteigender

Baugröße

PF EinzeIeinspritz-

pumpen

VE Axialk olb en­

Ver teilerein­

spri tzpumpen

VR Radialkolben­

Verteilerein­

spri tzpumpen

UIS Unit Injector

System

UPS Unit Pump

System

cn Common Rail

System

~ (iIiöI;jl "~~ iIAi '::Ih-M• ~W_ ~W_AiP_ PJH,a ZWMa ZWM.MW MW CW CW

PF t PF t PF t PF t PF f PF tVE -A VE 41; VE .... VE41; VE - VE ·A....VR -4. VR -oI.~ VR "I_ VR "I_ VR -01.1

UIS

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CR~

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~0:gQz~

Common Rail Systemfür Nkw

KraftstoffversorgungVorförderungCommon RaHSysteme für leichte Nutz­fahrzeuge unterscheiden sich nur wenigvon den Pkw-Systemen. Zur Vorförderungdes Kraftstoffs werden Elektrokraftstoff­oder Zahnradpumpen eingesetzt. BeiCommon RaHSystemen für schwere Nkwkommen für die Förderung des Kraftstoffszur Hochdruckpumpe ausschließlichZahnradpumpen (s. Kapitel "Kraftstoffver­sorgung Niederdruckteil", Abschnitt

Systemübersicht Common Rail I Common Rail System für Nkw I 21

"Zahnradkraftstoffpumpe") zur Anwen­dung. Die Vorförderpumpe ist in der Regelan der Hochdruckpumpe angeflanscht(Bilder 1 und 2), bei verschiedenen An­wendungen ist sie am Motor befestigt.

KraftstofffilterungIm Gegensatz zu Pkw-Systemen ist hierder Kraftstofffilter (Feinfilter) druckseitigeingebaut. Die Hochdruckpumpe benötigtdaher auch bei angeflanschter Zahnrad­pumpe einen außen liegenden Kraftstoff­zulauf.

Common Rail System fü r Nkw mit Hochdruckpumpe CP3..7

5

6

10

Bild 1

1 Kraftstoffbehälter

2 Vorfilter

3 Kraftstofffilter

4 Zahnrad-

Vorförderpumpe

Hochdruckpumpe

CP3.4

6 Zumesseinheit

7 Raildrucksensor

8 Rail

9 Druck begrenzungs ­

ventil

10 Injektor

Common Rail System fü r Nkw mit Hochdruckpumpe CPN2

....Co 11 7 8 0

~trCo

t-_:-~-----------------2-- - ------------- - ---~ - ~- ~~ - ~

10

o 9 Bild 2

1 Kraftstoffbehälter

2 Vorfilter

3 Kraftstofffilter

4 Zahnrad-

Vorförderpumpe

Hochdruckpumpe

CPN2.2

6 Zumesseinheit

7 Raildrucksensor

8 Rail

9 Druck begrenzungs­

ve nu!

10 Injekto r

22 I Systemübersicht Common Rail I Common Rail System für Nkw

Systembild NkwBild 3 zeigt alle Komponenten eines Com­mon Rail Systems für einen Sechszylinder­Nkw-Dieselmotor. Je nach Fahrzeugtypund Einsatzart kommen einzelne Kom­ponenten nicht zur Anwendung.

Um eine übersichtlichere Darstellung zuerhalten, sind nur die Sensoren und Soll­wertgeber an ihrem Einbauort dargestellt,deren Einbauposition zum Verständnis derAnlage notwendig ist.

Über den CAN-Bus im Bereich "Schnitt­stellen" (B) ist der Datenaustausch zu denverschiedensten Bereichen möglich (z. B.

Bild 3

Motor, Motorsteuerune:und Hochdruck­

Einspritzkomponenten

22 Hochdruckpumpe

29 Motorsteuergerät

30 Rail

31 Raildrucksensor

32 Injektor

33 Relais

34 Zusatzaggregate (z. B. Retarce r, Auspuffklappe

für Moto rbremse, Starter, Lüfter)

35 Dieselmotor (01)

36 Flammkerze (alternat iv Grid-Heater)

M Drehmoment

A Sensoren und Sollwertgeber

1 Fahrpedalsensor

2 Kupplungsschalter

3 Bremskontakte (2)

4 Motorbremskontakt

5 Feststellbremskontakt

6 Bedrensenalter (z. B. Fahrgeschwind igkeits­

regler, Zwischendrehzahlregelung, Drehzahl- und

Drehmomentred uktion)

7 Schlüssel -Start-Stopp ("Zündschloss")

8 Turboladerdrehzahlsensor

9 Kurbelwellendrehzahlsensor ( indukt iv)

10 Nockenwellendrehzahlsensor

11 Kraftstofftemperatursensor

12 Motortemperatursensor (im Kühlmittelkreislauf)

13 Ladelurtternpe ratursensor

14 Ladedrucksensor

15 Lüft erdrehzahlsensor

16 Luftfi lter-Diffe renzd rucksensor

B Schnittstellen

17 Klimakompressor mit Bedienteil

18 Generator

19 Diagnoseschnittstelle

Getriebesteuerung, Antriebsschlupfrege­lung ASR, Elektronisches Stabilitätspro­gramm ESP, Ölgütesensor, Fahrtschreiber,Abstandsradar ACC, Bremskoordinator ­bis zu 30 Steuergeräte). Auch der Genera­tor (18) und die Klimaanlage (17) könnenüber den CAN-Bus angeschlossen sein.

Für die Abgasnachbehandlung werdendrei mögliche Systeme aufgeführt: einreines DPF-Svstem (a) vorwiegend für denUS-Markt, ein reines SCR-System (b) vor­wiegend für den EU-Markt sowie einKombinationssystem (c).

20 SCR-Steuergerät

21 l uft kompressor

CAN Controller Area Network (serieller Datenbus im

Kraftfahrzeug) (bis zu 3 Busse)

C Kraftstoffversore:ung (Niederdruckteil)

23 KraftstoffVorförderpumpe

24 Kraftstofffilter mit Wasserstands- und

Dr ucksensoren

25 Steuergerätekühler

26 Kraftstoffbehälter mit Vorfilter

27 Druckbegrenzungsventil

28 Füllstandsensor

D Luftversorgung:

37 AbgasnJckführkühler

38 Regelklappe

39 Abgas rücktehrsteller mit Abgasrückfü htve nti I

und Positionssensor

40 ladeluftkühler mit Bypass f ür Kaltstart

41 Abgasturbolader (hier mit variabler

Turbinengeometrie VTG) mit Positionssensor

42 Laded rucksteller

E Abgasnachbehandlung

43 Abgastemperatursensor

44 Oxidationskatalysator

45 Differenzdrucksensor

46 katalytisch beschichteter Partikelfilter (CSF)

47 Rußsensor

48 Füllstandsensor

49 Reduktionsmit telt ank

50 Reduktionsmittelförderpumpe

51 Reduktionsmitteldüse

52 NOx-Sensor

53 SCR-Katalysator

54 NH3-Sensor

Diesel- Einspri tzanlage fü r Nkw mit Common Rail System

Systemübersicht Common Rail I Common Rail System f ür Nkw I 23