Gemischbildung Diesel

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1 Bildquelle: Bosch Gemischbildung Diesel Grundlagen AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/17

2 INHALTSVERZEICHNIS COMMON RAIL... 3 KRAFTSTOFFSYSTEM... 6 Förderpumpe... 6 Funktion Hochdruckpumpe... 6 Hochdruckpumpen-Mengensteuerung über SCV Ventil... 7 INJEKTOR... 8 INJEKTOR AUFBAU UND FUNKTION... 9 Injektor geschlossen (Ruhezustand): Injektor öffnet (Einspritzbeginn): Injektor schließt (Einspritzende): VERTEILERROHR KONSTRUKTION EVA STEUERUNG EINSPRITZMENGE MECHANISCHE ÄNDERUNG MIT DRUCKABREGLUNGSVENTIL Vorteile mit Druckabregelungsventil WEITERE DIESELSYSTEME Pumpe-Düse-Einheit PDE Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe DIESEL ODER BENZINER: AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 2/17

3 Common Rail Speichereinspritzsystem "Common Rail". 1 Kraftstoffbehälter, 2 Filter, 3 Vorförderpumpe, 4 Hochdruckförderpumpe, 5 Druckregelventil, 6 Drucksensor, 7 Verteilerleiste, 8 Injektoren, 9 Sensoren, 10 elektronisches Steuergerät Das Speichereinspritzsystem "Common Rail" macht es möglich, das Einspritzsystem zusammen mit Funktionserweiterungen in den Dieselmotor zu integrieren und zusätzliche Freiheitsgrade für die Verbrennungsentwicklung zu erzielen. Das wesentliche Merkmal des Common Rail Systems ist, dass der Einspritzdruck unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt werden kann. Die Entkopplung von Druckerzeugung und Einspritzung geschieht mit Hilfe der gemeinsamen Verteilerleiste (Common Rail Eine Kolbenpumpe in Hochdruckausführung erzeugt den Druck. Bei Hochdruckpumpen wird der gewünschte Raildruck über ein an der Pumpe oder am Rail sitzendes Druckregelventil oder eine Mengenregelung geregelt. Der Injektor als Kernstück des Systems hat die Aufgabe, den Kraftstoff korrekt in den Brennraum einzubringen. Ein zum richtigen Zeitpunkt abgegebener Impuls des Steuergerätes an das Magnetventil im Injektor leitet den Einspritzvorgang ein. Öffnungsdauer und Systemdruck bestimmen die eingebrachte Kraftstoffmenge. Steuergerät, Sensoren und weitgehend auch die Systemfunktionen sind bei dem Common Rail System gleich wie bei den anderen zeitgesteuerten Einzelpumpensystemen. Quelle: Bosch AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 3/17

4 1CD-FTV Motor L cm3 mit Turbolader und Intercooler 4 Ventile / Zylinder bis 1350 bar Einspritzdruck Gesteuerter Einspritzdruck, Drosselklappe & EGR AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 4/17

5 Toyota 1 CD-FTV Motor Motorsteuerung : Sensoren : Stellglieder Luftmassenmesser E-VRV (Für EGR) VSV (für EGR schliessen) Nockenwellenposition Einspritzventile Kurbelwellenposition Drosselklappe (Schrittmotor) Ansauglufttemp. Fühler Ladedrucksensor VSV (für Ladedrucksenor) Glühkerzen Ansauglufttemperaturfühler Wassertemperatursensor 1CD-FTV Motor Motorsteuerung : Sensoren : Stellglieder Nockenwellensensor Glühkerzen Ladedrucksensor Einspritzventile VSV (für EGR schliessen) E-VRV(für EGR Steuerung) Kurbelwellenposition Wassertemp.. Sensor Ansauglufttemp. VSV (für Ladedrucksensor) Drosselklappe (Schrittmotor) AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 5/17

6 Kraftstoffsystem Förderpumpe Kraftstoff - Temperatur Sensor Einlass Antriebswelle Auslass Druckregler Rückschlagventile Funktion Hochdruckpumpe Kolben A: pumpen beendet Kolben B: pumpen Beginn Kolben C: ansaugen Kolben A: Ansaugen Kolben B: pumpen beendet Kolben C: Rückschlag -ventil Kolben A Saughubsteuerventile Exzenterring MPRO P Kolben Exzenter Kolben B : von Förderpumpe : zum Common-Rail AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 6/17

7 Hochdruckpumpe HP3 Mengensteuerung über SCV (Querschnitt grösser od. kleiner), das SCV ist nicht zeitgesteuert, sondern über ein Taktsignal Pulsweitenmoduliert Durchlass klein Fördermenge Hochdruckpumpen-Mengensteuerung über SCV Ventil Durchlass gross Fördermenge AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 7/17

8 Injektor Korrektur- Widerstand EDU Signal Rücklauf vom Common -rail Einspritzventil Bohrungen Einspritzdruck Spannung Mpa (1377 kgf/cm 2 ) 150 V Injection 1ND-TV Engine Common-rail System Injector Compact and electricity saving injectors are used Return to Fuel Tank EDU Signal From Common -rail Injector Specification Injector Hole Injector Pressure Mpa (1632 kgf/cm 2 ) Injection AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 8/17

9 Injektor Aufbau und Funktion 1 Kraftstoffrücklauf 7 Zulaufdrossel 2 Elektrischer Anschluss 8 Ventilsteuerraum 3 Ansteuereinheit 9 Ventilsteuerkolben 4 Kraftstoffzulauf 10 Zulaufkanal zur Düse 5 Ventilkugel 11 Düsennadel 6 Ablaufdrossel AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 9/17

10 Injektor geschlossen (Ruhezustand): Das Magnetventil ist im Ruhezustand nicht angesteuert und damit geschlossen (Bild 16a). Wenn die Ablaufdrossel geschlossen ist, wird die Kugel des Ankers durch die Ventilfeder in den Sitz an der Abflussdrossel gepresst. Im Ventilsteuerraum baut sich der Hochdruck des Rail auf. Derselbe Druck steht auch im Kammervolumen der Düse an. Die durch den Raildruck auf die Stirnfläche des Steuerkolbens aufgebrachte Kraft und die Kraft der Düsenfeder halten die Düsennadel gegen die öffnende Kraft, die an deren Druckstufe angreift, geschlossen. Injektor öffnet (Einspritzbeginn): Der Injektor befindet sich in Ruhelage. Das Magnetventil wird mit dem sogenannten Anzugsstrom angesteuert, was einem schnellen Öffnen des Magnetventils dient (Bild 16b). Die Kraft des nun angesteuerten Elektromagneten übersteigt die Kraft der Ventilfeder, und der Anker öffnet die Abflussdrossel. In kürzester Zeit wird der erhöhte Anzugsstrom auf einen geringeren Haltestrom des Elektromagneten reduziert. Dies ist möglich, da der Luftspalt des magnetischen Kreises nun geringer ist. Mit dem Öffnen der Ablaufdrossel kann nun Kraftstoff aus dem Ventilsteuerraum in den darüberliegenden Hohlraum und über den Kraftstoffrücklauf zum Kraftstoffbehälter abfließen. Die Zulaufdrossel verhindert einen vollständigen Druckausgleich, und der Druck im Ventilsteuerraum sinkt. Dies führt dazu, dass der Druck im Ventilsteuerraum kleiner ist als der Druck im Kammervolumen der Düse, der noch immer das Druckniveau des Rail hat. Der verringerte Druck im Ventilsteuerraum führt zu einer verringerten Kraft auf den Steuerkolben und führt zum Öffnen der Düsennadel. Die Einspritzung beginnt. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel wird vom Durchflussunterschied zwischen der Zuund Ablaufdrossel bestimmt. Der Steuerkolben erreicht seinen oberen Anschlag und verharrt dort auf einem Kraftstoffpolster. Das Polster entsteht durch den Kraftstoffstrom, der sich zwischen der Zu- und Ablaufdrossel einstellt. Die Injektordüse ist nun voll geöffnet, und der Kraftstoff wird mit einem Druck, der annähernd dem Druck im Rail entspricht, in den Brennraum eingespritzt. Die Kräfteverteilung am Injektor ist ähnlich der Kräfteverteilung während der Öffnungsphase. Injektor schließt (Einspritzende): Wird das Magnetventil nicht mehr angesteuert, so wird der Anker durch die Kraft der Ventilfeder nach unten gedrückt, und die Kugel verschließt die Ablaufdrossel. Der Anker ist zweiteilig ausgeführt. Hierbei wird zwar die Ankerplatte durch einen Mitnehmer nach unten mitgeführt, sie kann aber nach unten mit der Rückstellfeder durchfedern und somit keine nach unten wirkende Kraft auf den Anker und die Kugel ausüben. Durch das Verschließen der Ablaufdrossel baut sich im Steuerraum über den Zufluss der Zulaufdrossel wieder ein Druck wie im Rail auf. Dieser erhöhte Druck übt eine erhöhte Kraft auf den Steuerkolben aus. Diese Kraft aus dem Ventilsteuerraum und die Kraft der Feder überschreiten nun die Kraft aus dem Kammervolumen, und die Düsennadel schließt. Die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wird durch den Durchfluss der Zulaufdrossel bestimmt. Die Einspritzung endet, wenn die Düsennadel ihren unteren Anschlag wieder erreicht. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 10/17

11 Verteilerrohr Reduktion von Vibrationen und Geräuschen im Kraftstoffsystem Druckbegrenzer Common-Rail Kraftstoffhochdruck MPa Drucksensor Erfasst den Kraftstoffdruck Druckbegrenzer Druckabbau bei nicht korrektem, zu hohen Druck Druckabreglungsventil Regelt den Druck im Verteilerrohr Von Hochdruckpumpe Einspritzventile Zum Tank Druckabreglungsventil Drucksensor 1ND-TV Engine Common-rail System Common-rail Reducing the vibration and noise of fuel system Fuel Pressure Sensor Fuel Pressure Regulator Common-rail Fuel Pressure Sensor Fuel Pressure Regulator High fuel pressure MPa Detects the fuel pressure Main controller of the common rail pressure by releasing high pressure From Supply Pump To Injector AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 11/17

12 Konstruktion EVA Steuerung Drehzahl Ne Kurbelwellenpos. G Kraftstoffdruck PCR Ladedruck Pim Ansauglufttemp. THA Kühlmitteltemp. THW Drosselklappe THOP Gaspedalpos. IDL/VA/VAS Luftmasse VG Kraftstofftemp. THF Zündung IG/STA Fz.-Geschwind. SPD Lüfterschalter BLW A/C ECU AC Alternator DF Max heiss Schalter MXH Wegfahrsperre IMI/IMO DLC3 SIL ECU ECU TWV1 TWV2 TWV3 TWV4 R inj1 R inj2 R inj3 R inj4 SCV1,2 LU A,B HREL EGR G-IND S-REL EDU EDU 150V DC Inj.1 Inj.2 Inj.3 Inj.4 Saughubsteuerventil Schrittmotor Drosselklappe Heizungsrelais EGR VRV Vorglühanzeigeleuchte Vorglührelais EDUREL EDU Relais TAC Tachometer PA VSV für PIM ACT A/C Steuerung THWO Temperaturanzeige MREL Hauptrelais W MIL Eingangssignale Motordrehzahl Ne Kurbelwinkel G Gaspedalposition Kraftstoffdruck Ansaugrohrdruck PIM Drosselklappe Luftmasse Ansaugluft- Kühlmittel-Kraftstofftemperatur THA,THW, THF Heizungslüfter und Temperatureinstellung Alternator Wegfahrsperre Steuerung Einspritzmenge Förderbeginn Leerlaufregelung Drosselklappe EGR Steuerung Vorglühanlage Zusatzheizung Wegfahrsperre Ladedruck Diagnose AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 12/17

13 Einspritzmenge Gaspedalposition Motordrehzahl Kühlmitteltemperatur Ansauglufttemp. n. I-cooler Ladedruck Luftmasse Kraftstoffdruck Atm. Ansauglufttemperatur Engine ECU Basiseinspritzmenge Korrektur EDU Saughubsteuerventie Hochdruckpumpe Einspritzventile Pilot/Haupt Einspritzung Reduziert NOx und Lärm Die Piloteinspritzung ermöglicht also eine ruhigere und weniger heisse Verbrennung. Da aber bei hohen Drehzahlen die Zeit zwischen zwei Einspritzungen sehr kurz wird, wird die Piloteinspritzung ab einer gewissen Drehzahl eingestellt. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 13/17

14 Mechanische Änderung mit Druckabreglungsventil Verbesserte Drucksteuerung im Verteilerrohr Genauere Kraftstoffdosierung Geringere Geräuscheentwicklung Drucksensor Common-Rail Druckabreglungsventil Druckbegrenzer Gaspedalposition Steuerung Überdruck während Anstieg Pumpe Filter Injector Solldruck Rail Druck Effektiver Druck Tank Verbesserte Drucksteuerung bei Drucksenkung EDU ECU Vorteile mit Druckabregelungsventil System Druckabbau Druckabreglungsventil Drucksensor Common-Rail Druckbegrenzer Gaspedalposition Rasch vom Gas Effektiver Druck Verteilerrohrdruck Pumpe Filter Injector Solldruck Starker Lärm Tank EDU ECU AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 14/17

15 Weitere Dieselsysteme Pumpe-Düse-Einheit PDE Einsatz: - DI Motoren Aufbau: - Betätigung der Hochdruckeinheit über die Nockenwelle - Der erzeugte Hochdruck wird durch ein Elektro-Hochdruckventil gesteuert - Sequentielle Einspritzung und Voreinspritzung sind möglich - Einspritzdrücke zwischen 600 und 2000 bar AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 15/17

16 Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe Einsatz: - DI Motoren Aufbau: - Teilelektronik auf der Pumpe - Hochdruckmagnetventil - Radialkolbenpumpe - Einspritzdrücke zwischen 600 und 1600 bar - An Stelle einer Hubscheibe wurde ein Kurvenring zur Betätigung der Hochdruckpumpe gewählt - Mengensteuerung mittels Magnetventil AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 16/17

17 Diesel oder Benziner: In der Diskussion um den CO2-Ausstoß von Pkw geht so manches durcheinander. Für eine einwandfrei Bewertung müsste jedes Motoren- und Antriebskonzept getrennt voneinander betrachtet werden. Großen Einfluss hat außerdem der Fahrer selbst. Der Dieselmotor gilt gemeinhin als besonders günstig im Hinblick auf seine CO2-Bilanz. Doch je Liter verbrauchtem Kraftstoff gehen beim Selbstzünder wegen der höheren Dichte des Dieselkraftstoffs rund elf Prozent mehr Kohlendioxid durch den Auspuff als beim Benziner. So stößt ein Dieselmotor, der im Durchschnitt 5,9 Liter Sprit je 100 Kilometer verbraucht, 158 Gramm CO2 pro Kilometer aus; ein Benziner mit dem gleichen Durchschnittsverbrauch emittiert lediglich 139 Gramm CO2 je Kilometer. Zudem verschlechtern der Ausstoß von Rußpartikeln sowie die höheren Stickoxid- und Kohlenwasserstoff-Werte die Umweltbilanz des Selbstzünders. Dennoch kommt dem modernen Diesel wegen seines effizienten Umgangs mit dem Kraftstoff eine besondere Bedeutung beim Ziel der weiteren CO2-Reduzierung zu; bei zügigen und längeren Autobahnfahrten ist er die momentan klimafreundlichste Art der automobilen Fortbewegung. Mit Reinigungssystemen wie Partikelfilter und Stickoxid-Katalysator wird außerdem das Abgasverhalten verbessert; dies macht den Diesel in Zukunft aber eher noch teurer. Eine ordentliche CO2-Bilanz kann der Benziner vor allem mit Unterstützung eines Elektromotors erreichen. Insbesondere im Stadtverkehr und bei mittleren Geschwindigkeiten spielt der Hybridantrieb mit Benzin- und Elektroaggregat seine Stärken aus. Die Antriebskombination eignet sich dazu, den Benziner beim Verbrauch und CO2-Ausstoß auf oder sogar unter das Niveau effizienter Dieselmotoren zu drücken - bei gleichzeitig besserer Schadstoffbilanz. So liegt das Toyota- Hybridfahrzeug Prius als vollwertiges Kompakt-Modell mit 4,3 Litern Benzinverbrauch und 104 Gramm CO2-Ausstoß auf dem Niveau des VW-Kleinwagens Polo Bluemotion, der 3,9 Liter Diesel konsumiert und 102 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer emittiert. Die Preise für den Hybridantrieb liegen jedoch zurzeit noch deutlich über dem Niveau eines vergleichbaren Dieselfahrzeugs. Zweifel an der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Antriebssystems haben jüngst die erfolgreichen Kilometer-Dauertests des Prius in den Fachzeitschriften "Auto Bild" und "auto motor und sport" ausgeräumt. Für die Batterien hat der japanische Hersteller außerdem ein spezielles Recyclingverfahren entwickelt. Es muss allerdings nicht immer ein vollwertiges Hybridsystem sein: Einzelne Komponenten wie eine Start-Stopp-Automatik oder die Rückgewinnung der Bremsenergie zur Versorgung des Bordnetzes tragen ebenfalls erheblich zur Reduzierung von Verbrauch und CO2- Ausstoß bei, genauso wie moderne Einspritztechnologien. BMW beweist dies in der gerade überarbeiteten kompakten 1er-Baureihe. Als Autofahrer sollte man sich aber nicht allein auf die Technik verlassen; durch eine ökonomische und vorausschauende Fahrweise und weitere Sparmaßnahmen lassen sich der CO2-Ausstoß und der Kraftstoffverbrauch um bis zu 30 Prozent senken. Denn beide in einem genormten Prüfverfahren ermittelten Werte sind untrennbar miteinander verbunden; steigt der eine, verschlechtert sich auch der andere. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 17/17