BOSCH-Hochdruck-Einspritzventil

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1 BOSCH-Hochdruck-Einspritzventil Aufgabe Für die Benzindirekteinspritzung wurde ein Hochdruck-Einspritzventil (HDEV) neu entwickelt. Im Vergleich zu den bei der Saugrohreinspritzung eingesetzen Einspritzventilen werden weit höhere Anforderungen gestellt. Ein wesentlicher Punkt ist, dass die Kraftstoffmenge in sehr viel kürzerer Zeit eingespritzt werden muss und der Einspritzdruck viel höher ist (bis 12 MPa). Die Hochdruck-Einspritzventile sind am Rail angeschlossen und der Ventilauslass ragt in den Brennraum hinein. Aufgabe des Hochdruck-Einspritzventils ist, den Kraftstoff zu dosieren und durch dessen Zerstäubung eine gezielte Durchmischung von Krafttstoff und Luft in einem bestimmten räumlichen Bereich des Brennraums zu erzielen. Abhängig vom gewünschten Betriebszustand wird der Kraftstoff im Bereich um die Zündkerze konzentriert (geschichtet) oder gleichmäßig im gesamten Brennraum zerstäubt (homogene Verteilung) Zulauf mit Feinsieb elektrischer Anschluss Feder Spule Gehäuse7 Düsennadel mit Magnetanker Ventilsitz Ventilauslassbohrung Bild 1 : Aufbau des HochdruckEinspritzventils (HDEV)

2 Aufbau und Arbeitsweise Der Aufbau ist im Bild 1 dargestellt. Die Arbeitsweise wird nachfolgend beschrieben. Die stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld. Dadurch hebt die Ventilnadel gegen den Federdruck vom Ventilsitz ab und gibt die Ventilauslassbohrung frei. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Raildruck und Brennraumdruck wird nun der Kraftstoff in den Brennraum gedrückt. Beim Abschalten des Stroms wird die Düsennadel durch den Federdruck in den Ventilsitz gepresst und unterbricht den Kraftstofffluss. Das Ventil öffnet sehr schnell, gewährleistet während der Öffungszeit einen konstanten Öffnungsquerschnitt und schließt gegen den Raildruck. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist damit (bei gegebenem Öffnungsquerschnitt) abhängig vom Raildruck, vom Gegendruck im Brennraum und der Öffnungszeit des Ventils. Eine geeignete 2 Loch-Düsengeometrie an der Ventilspitze erzielt eine ultrafeine Drallzerstäubung des Kraftstoffs und bewirkt eine intensive Vermischung mit der Luft. Im Unterschied zur Saugrohreinspritzung wird der Kraftstoff bei der Benzin-Direkteinspritzung schneller, genauer und mit einer besseren Ausbildung des Kraftstoffstrahls eingespritzt. Anforderungen Wesentlich sind der hohe Kraftstoffdruck und die relativ kurze Zeit, die für die Einbringung des Kraftstoffs direkt in den Brennraum zur Verfügung steht. Bild 2 verdeutlicht die Anforderungen an das Einspritzventil. Bei der Saugrohreinspritzung stehen zwei Kurbelwellenumdrehungen zur Verfügung, um den Kraftstoff in das Saugrohr einzuspritzen. Das entspricht bei einer Drehzahl von /min einer Einspritzdauer von 20ms. Bei der Benzin-Direkteinspritzung (BDE) steht deutlich weniger Zeit zur Verfügung. Für den Homogenbetrieb muss der Kraftstoff im Ansaugtakt eingespritzt werden. Somit steht nur eine halbe Kurbelwellenumdrehung für den Einspritzvorgang zur Verfügung. Bei /min entspricht das einer Einspritzzeit von 5 ms.

3 Saugrohreinspritzung Einspritzmenge BDE Volllast Leerlauf 0,4 3, Einspritzzeit in ms Bild 2: Vergleich zwischen BenzinDirekteinspritzung und Saugrohreinspritzung

4 Ansteuerung des Hochdruck-Einspritzventils Um einen definierten und reproduzierbaren Einspritzvorgang zu gewährleisten, muss das Hochdruck-Einspritzventil mit einem komplexen Stromverlauf angesteuert werden. (siehe Bild 3). Der Mikrocontroller im Motorsteuergerät liefert nur ein digitales Ansteuersignal (a). Aus diesem Signal erzeugt ein spezieller Ansteuerbaustein das Ansteuersignal (b), mit dem die ausgelagerte Leistungsendstufe das Einspritzventil ansteuert. Bedingt durch den höheren Einspritzdruck ist eine höhere Betriebsspannung der Einspritzventile notwendig. Ein Boosterkondensator transformiert hierfür die Batteriespannung auf 50 bis 90 Volt. Diese Spannung führt zu einem hohen Strom zu Beginn des Einschaltvorgangs und sorgt damit für ein schnelles Anheben der Ventilnadel (c). Bei geöffnetem Einspritzventil (maximaler Ventilnadelhub) reicht ein geringerer Ansteuerstrom (Haltestrom) aus, um den Ventilnadelhub konstant zu halten. Bei konstantem Ventilnadelhub ergibt sich eine zur Einspritzzeit proportionale Einspritzmenge (d). Die Vormagetisierungszeit, während der das Einspritzventil noch nicht öffnet, wird bei der Einspritzzeitberechnung berücksichtigt.

5 1 a 0 Imax b Strom Vormagnetisierung Ivm, tvm Ih Ivm tvm Einspritzmenge Nadelhub c 0 tan tab d 0 Einspritzzeit Bild 3: Prinzipielle Signalverläufe für die Ansteuerung des Hochdruck-Einspritzventils (HDEV).

6 Stromkennlinie im Realbetrieb. Die dargestellte Kennlinie zeigt die Bestromung des Hochdruck-Einspritzventils bei 730 1/min ohne Last. Der Einspritzbeginn fängt kurz nach der maximalen Bestromung an und endet kurz nach Abfall des Haltestromes. a Vormagnetisierungsstrom b Haltestrom (kurze Phase im Leerlauf) Bild 4: GS1262 Sicherheitshinweise - Die Leistungs-Endstufe der Hochdruck-Einspritzventile liefert kurzzeitig eine hohe Spannung. Die Möglichkeit eines elektrischen Schocks bei unsachgemäßer Handhabung ist nicht auszuschließen. - Die Endstufe wird bei Betrieb sehr heiß. Es besteht Verbrennungsgefahr. - Vor Eingriffen in das Kraftstoff-Hochdrucksystem muss immer zuerst der Druck abgebaut werden. Der unter hohem Druck austretende Kraftstoff kann schwere Verletzungen an Haut und Augen verursachen. - Bei Instandsetzungen im Hochdruckkreis sind sämtliche Dichtungen und Dichtringe zu erneuern.

7 Montage- und Prüfhinweise - Zur Demontage des Hochdruck-Einspritzventils ist ein Sonderwerkzeug zu verwenden. (Bild 5). Es ist die Gebrauchsanweisung des Werkzeugs zu beachten. - Jedem Ersatz-Hochdruck Einspritzventil liegt ein Beipackzettel bei. Dessen Hinweise sind genauestens einzuhalten. - Die Zylinderkopfbohrung darf weder mit Schmierstoff gereinigt noch darf das HochdruckEinspritzventil mit Schmierstoff montiert werden. - Die Kraftstoffhochdruckleitung ist nach jedem Lösevorgang zu ersetzen. Die Hochdruckleitung ist spannungsfrei zu montieren. - Der Niederdruck kann mit einem üblichen Druckmanometer in der Föderleitung gemessen werden. Der Hochdruck wird über den Kraftstoff-Drucksensor vom Steuergerät erfasst und kann mit einem Diagnosetester ausgelesen werden. - Ein geeignetes Reinigungsgerät zum Entfernen von eventuellen Ablagerungen im Einspritzventil steht zur Zeit nicht zur Verfügung. - Der Spulenwiderstand des Hochdruck-Einspritzventils beträgt 1,5 bis 1,9 Ohm. Bild 5: Werkzeug zur Demontage des Hochdruck-Einspritzventils. A: Bestellnummer: B: Bestellnummer:

8 Wir möchten Sie an dieser Stelle auf weitere Informationsmittel aus dem Hause Bosch aufmerksam machen. Die Hefte der Schriftenreihe "Bosch Technische Unterrichtung" sind insbesondere für Lehrkräfte zur Aktualisierung des Wissensstandes sicher eine hilfreiche Ergänzung. Und die Lehrtafeln können bei Ihrer Unterrichtsgestaltung wirkungsvoll eingesetzt werden. Wenden Sie sich bitte an Ihren Bosch-Vertrags-Großhändler und informieren Sie sich über verfügbare Informationsmittel. Anschrift Ihres Bosch Vertrags-Großhändlers: (Stempelfeld) Herausgegeben von: ROBERT BOSCH GMBH Geschäftsbereich AA/PGS1 Diese Information finden Sie als farbige PDF Datei zum Downloaden im Internet unter: