Das Common Rail- Einspritzsystem testen Umfassende Tests in Entwicklung und Produktion

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1 Das Common Rail- Einspritzsystem testen Umfassende Tests in Entwicklung und Produktion

2 Aktoren und Injektoren im Common Rail- System prüfen Die Automobilindustrie und ihre Zulieferunternehmen haben das Ziel, dass Verbrennungsmotoren äußerst energiesparend arbeiten. Die Common Rail-Technologie bietet entsprechende Einsparpotenziale. Zudem werden ein reduzierter CO 2 -Ausstoß und sinkende Schadstoffemis si onen gefordert. Die Injektoren sorgen dafür, dass der Brennstoff exakt in den Motor gespritzt wird. Elementar für diesen Prozess sind die in den Injektoren verbauten, elektrisch angesteuerten Aktoren. Diese sind für die Funktionalität der Injektoren entscheidend, wodurch die fehlerfreie Ansteuerung besonders wichtig ist. Scienlab bietet auf jeder Stufe der Entwicklung und Fertigung Testmög lichkeiten für Injektoren und Aktoren. Anforderungen wie Schnittstellen oder Ausgangsgrößen (Strom /Spannung) können bei kundenspezifischen Tests umfassend berücksichtigt werden. Prüfmöglichkeiten im Common Rail-Bereich Aktor Injektor Common Rail-Gesamtsystem Entwicklung Produktionsbegleitung Produktion Scienlab Testlösung DICU Durability Test System Quality Assurance System DICU DICU Basic Charge Amplifier Durability Test System Technische Daten der Common Rail-Produkte DICU Basic DICU Charge Quality Assurance Durability Test System Amplifier piezoelektrisch elektromagnetisch System Resonant Power Stage Class-D- Analoge Class-D- Half-Bridge Full-Bridge Ausgangsspannung V V V V V V V (Peak) Ausgangsstrom ± 16 A ± 25 A / ± 50 A ± 25 A 0 15 A A 100 ma ± 3 A (Peak) V V 25 A 35 A Ausgangsleistung (dauerhaft) 10 VA 25/50/75 VA 50 VA 75 VA 30 VA 50 VA Anzahl Kanäle 1 1 bis 4 1 bis 6 1 bis 4 1 bis bis Geräteschnittstelle Ethernet Ethernet Ethernet Ethernet Ethernet Ethernet Ethernet Ethernet Anbindung an Ausys Optional Triggerung Intern / Intern / Intern / Intern / Intern / Intern / Anzahl Einspritzungen Einfach Mehrfach Mehrfach Mehrfach Mehrfach Einfach Mehrfach Mehrfach Analogeingang Optional Optional Optional Optional Optional Optional Optional Einbindung Interferometer Optional Intern Intern Signalform Fest Prüfmittelüberwachung Optional Optional Bedien-Software Bedienung am Gerät Injector Discover Injector Discover Injector Discover Injector Discover Piezo Discover II Strom- / Spannungsmonitor Messmittelfähigkeit Piezo Discover II 2

3 DICU Basic: die Ansteuerung von Injektoren ersetzen Der Test auf Komponentenebene, bevor das Gesamtsystem zur Verfügung steht, bedeutet einen erheblichen Zeit- und Qualitätsgewinn im Entwicklungsprozess. Im Bereich der Kraftstoffeinspritzung ist es deshalb von Vorteil, mit der Optimierung von Piezo-Injektoren bereits zu beginnen, bevor das Steuergerät vorliegt. Häufig bestehen die Anforderungen, im Rahmen die ser Tests unterschiedliche Serienendstufen nachzubilden, kundenspezifische Signalformen zu verwenden und die Einspritzverläufe der Injektoren frei zu definieren. Die Vorteile der Direct Injection Control Unit (DICU) Basic auf einen Blick: transparente Analyse des Verbrennungsprozesses durch das Ersetzen des Steuergeräts einfache Überprüfung des Spritzbilds Sicherung der Qualität in Entwicklung und Produktion durch laufende Analysen Qualitätssicherung und Spezifikation von Piezo-Injektoren durch hochpräzises Verstärkerkonzept integrierte, digitale Signalverarbeitung flexibler Einsatz: Stand-alone-System mit Bedienung direkt am Gerät oder Integration in eine bestehende Teststand- Automation DICU: flexible Testmöglichkeiten für Aktoren und Injektoren Das Seriensteuergerät zu ersetzen bietet zahlreiche Vorteile: So können flexible Tests durchgeführt werden, um Aktoren und Injektoren unabhängig vom Seriensteuergerät zu charakterisieren. Die Direct Injection Control Unit (DICU) von Scienlab bietet diese Einsatzmöglichkeiten und kann je nach Kundenwunsch als Einzelgerät oder eingebunden in eine Automatisierung genutzt werden. Die Ansteuerung der Aktoren und Injektoren ist sowohl am Prüfstand als auch mit laufendem Verbrennungsmotor möglich und kann flexibel gestaltet werden, beispielsweise durch eine vielfache Mehrfacheinspritzung oder den Betrieb mit internem, externem oder kurbelwellen-winkelbasiertem Trigger. Um die Tests anwenderfreundlich zu parametrieren und auszuwerten, kann die DICU optional mit der Scienlab Software InjectorDiscover ausgestattet werden. Den piezoelektrischen Aktor und Injektor überprüfen Um die piezoelektrisch angetriebenen Injektoren anzusteuern und somit Einspritzprofile zu generieren, ist das Steuergerät in der Entwicklungsphase so ausgelegt, dass Injektor- und Motorenentwickler über möglichst hohe Freiheitsgrade verfügen. So ist es möglich, die Injektoren und Motoren zielgerichtet zu optimieren, bevor das Seriensteuergerät zur Verfügung steht. Das ladungsbasierte Präzisions-nkonzept der DICU ermöglicht dem Entwickler durch die gleichzeitige Ansteuerung und Analyse der Aktoren und Injektoren die Qualitätssicherung im Rahmen der Fertigung. Zudem bietet es die Möglichkeit, die Aktoren am Prüfstand bereits in einem frühen Entwicklungsstadium zu spezifizieren. Beliebige Stromkurven können einfach und flexibel mittels Datensätzen in die DICU übertragen und geändert werden. Die Ansteuerung der Aktoren und Injektoren ist sowohl im Normal- als auch im Inversbetrieb möglich. Direct Injection Control Unit (DICU) Basic Direct Injection Control Unit (DICU) piezoelektrisch 3

4 Den elektromagnetischen Aktor und Injektor überprüfen In allen Stufen der Entwicklung, von der Charakterisierung bis zum End-of-Line-Test in der Produktion, ist es wichtig, umfassende Tests der elektromagnetisch angetriebenen Aktoren, der sogenannten Soleniod-Injektoren, durchzuführen. Die DICU kann dafür das Steuergerät der elektromagnetischen Injektoren ersetzen. Einsatzmöglichkeiten der DICU sind beispiels weise die Qualitätssicherung von Injektoren oder Motoren in der Fertigung sowie die Entwicklung von Injektoren und Steuergeräten. Der Anwender benötigt bei der Endkontrolle von Verbrennungsmotoren möglichst hohe Flexibilität, um die angetriebenen Magnetventile anzusteuern und Einspritzprofile zu generieren. Die DICU macht es möglich, bereits vor der Herstellung des Seriensteuergeräts die Aktoren und Motoren zu optimieren. Mittels Multiplexertechnik können bis zu 12 Injektoren mit einer angesteuert werden. Spannungs-Ansteuerschemata gebildet und die Ausgangsschalter des Verstärkers entsprechend des Schemas angesteuert werden. Charge Amplifier Quality Assurance System: die Qualität der Aktoren umfassend sichern Direct Injection Control Unit (DICU) elektromagnetisch Charge Amplifier: die Funktionsfähigkeit überprüfen Um den piezoelektrischen Effekt der Piezo-Aktoren zu nutzen, muss die Piezokeramik durch das Ausrichten der elektrischen Dipolmomente polarisiert werden. Damit der Aktor polarisiert und die mechanische Belastbarkeit der Aktoren geprüft werden kann, werden mithilfe des Quality Assurance Systems automatisierte Tests durchgeführt. Der Aktor wird frei schwingend, d. h. ohne mechanische Vorspannung, mit einem sinusförmigen Strom beaufschlagt und gleichzeitig über den Spannungskanal auf eine mittlere Spannung geregelt. Die Ansteuerung erfolgt über das kombinierte Test- und Analyseinstrument Quality Assurance System mit einer Hybrid-Leistungsendstufe. Durch das System wird eine gleichbleibend hohe Güte sichergestellt, was die Wahrscheinlichkeit eines Feldausfalls erheblich reduziert. Zum Ende der Produktion wird das Common Rail-System, das bereits im Motor installiert ist, einem Funktionstest unterzogen. Zu diesem Test gehören auch die Überprüfung der Injektoren in einer definierten Reihenfolge und die Überprüfung der Öffnungszeiten. Dazu werden die Injektoren im Motor angesteuert und deren Verhalten untersucht. Bis zu acht piezoelektrische Injektoren können gleichzeitig angesteuert werden, um im End-of- Line-Test der Motorenproduktion z. B. einen Spül-, Heiß- oder Kalttest durchzuführen. Der Charge Amplifier bietet entsprechende Schnittstellen um in das Prüfkonzept der Automatisierung eingebunden werden zu können. Über einen Multiplexereingang können Strom-/ Quality Assurance System 4

5 Durability Test System: Dauerlauftest für Aktoren und Gesamtsystem Überprüfung der Aktoren Für eine hohe Qualität der Aktoren ist auch deren Lebensdauer und Leistungsfähigkeit entscheidend. Daher werden serienbegleitend Dauerläufe durchgeführt und die Toleranzen bestimmter Parameter überwacht. Das Durability Test System unterstützt dabei durch beschleunigte Alterungs- und Lebensdauertests des Prüflings. Es bildet das Steuergerät nach, indem die Ausgangsströme gängiger Seriensteuergeräte im Rahmen eines Prüfprogramms nachgebildet werden. Durch die hohe Flexibilität der Hardware- und Software- Komponenten kann die Testdurchführung an unterschiedliche Injektoren und Steuergerätestrategien angepasst werden. Das Durability Test System wird mittels der intuitiv bedienbaren Scienlab PC-Software PiezoDiscover II gesteuert und parametriert. Auf Wunsch ist die Einbindung einer Klimakammer oder die Erweiterung um eine Prüfmittelüberwachungseinheit möglich, die einen automatisierten Test aller relevanten Mess- und Steuerfunktionen vornimmt. Überprüfung des Gesamtsystems Neben dem Test der Einzelkomponenten ist der Test des Gesamtsystems von entscheidender Bedeutung für die Prüfung nach Normen ebenso wie zum Test individuell definierter Fahrzyklen. Das von Scienlab aus einer Hand entwickelte und produzierte Durability Test System überprüft das komplette Einspritzsystem, bestehend aus Injektoren, Common Rail- und Hochdruckpumpe, mit Hilfe der Scienlab Software PiezoDiscover II. Zudem können alle n synchron und asynchron betrieben und zusätzliche Regelgrößen wie Raildruck und -temperatur in das System eingebunden werden. Auf Wunsch ist es möglich, sowohl eine Klimakammer zu verwenden als auch das Prüfsystem in eine umfassende Prüfstand-Automation ein zubinden. Durability Test System 5

6 50 Millionen Automotive Piezo-Aktoren überprüft Seit mehr als einem Jahrzehnt nutzen die deutschen und europäischen Marktführer im Bereich der piezoelektrischen Einspritztechnik Prüfsysteme von Scienlab. Mehr als 50 Millionen Aktoren für Otto- und Dieselmotoren wurden seitdem mit Scienlab Technik überprüft von der Entwicklung über die Produktionsbegleitung bis zum letzten Test vor Einbau der Motoren in die Fahrzeuge. Insgesamt wurden seit 2003 über 10 Millionen Fahrzeuge mit Scienlab-geprüften Injektoren ausgeliefert. Feldausfälle sind nicht bekannt. Ein weiteres Plus für die Automobilhersteller und ihre Zulieferer: Die Scienlab Systeme arbeiten energieeffizient und sind auch bei jahrelangem Dauerbetrieb nahezu wartungsfrei und liefern somit einen Beitrag zur Kosteneffizienz. 6

7 Was Scienlab auszeichnet Scienlab bietet für den Test der Injektoren und Aktoren im Common Rail-System Testlösungen für den gesamten Entwicklungs- und Produktionsprozess. Zahlreiche Konzerne, mittelständische Unternehmen und Forschungseinrichtungen weltweit vertrauen dem Know-how von Scienlab, um ihre Produkte zu entwickeln und zu überprüfen. Umfangreiche Testsysteme für den elektrifizierten Antrieb Die Produkte zum Test von Aktoren und Injektoren beruhen bei Scienlab auf langjähriger Expertise. Scienlab entwickelt sein Test-Portfolio ständig weiter, um die Produkte unserer Kunden von morgen heute auf Herz und Nieren zu überprüfen: Im Scienlab-Labor werden Testsysteme für unterschiedliche industrielle Produkte sowie für die Automotive-Komponenten des elektrifizierten Antriebsstrangs erstellt. Dazu gehören Prüfsysteme für: Wechselrichter, DC / DC-Wandler Ladetechnologie und -infrastruktur Energiespeicher (u. a. auch Brennstoffzellen) den Zusammenschluss mehrerer Komponenten Als Entwicklungspartner und Engineering-Dienstleister realisiert Scienlab darüber hinaus kundenspezifische Lösungen. Dazu gehören beispielsweise analoge und digitale Mess- und Schaltungstechnik sowie Steuergeräte in Kleinserie für unterschiedliche Einsätze im Automobil und in der Industrie. Alles aus einer Hand von der Idee bis zur Inbetriebnahme vor Ort Garant für die Umsetzung individueller Ingenieur-Dienstleistungen auf höchstem Niveau sind die Mitarbeiter aus dem Hause Scienlab: Am Standort Bochum werden alle Produkte entwickelt und produziert von der Hardware-Produktion über die Software- Entwicklung bis zur Abnahme. Weitere Standorte befinden sich in München und Shenyang (China). Das Verständnis der Anwenderbedürfnisse ist bei Scienlab tief verankert, wird im ständigen Dialog mit den Kunden weiterentwickelt und ist die Basis für Produkte, mit denen unsere Kunden ihre Aufgaben absolut effizient, zielgerichtet und verlässlich durchführen können. So entstehen High-End-Lösungen, die unseren Kunden den entscheidenden Wettbewerbsvorteil verschaffen. Scienlab ist Problemlöser für die Kunden und ermöglicht es, innovative Technologien schneller zur Marktreife zu bringen. Scienlab steckt voller Ideen, die vom Team Scienlab in neue Produkte übersetzt werden Premiumlösungen, mit denen unsere Kunden immer einen Schritt voraus sind. Scienlab arbeitet partnerschaftlich und legt Wert auf langfristige Geschäftsbeziehungen mit unseren Kunden und Partnern. Gemeinsam ermöglichen wir Erfolge und technologische Fortschritte, die sich in innovativen Produkten niederschlagen. Texte, Fotos und grafische Gestaltungen in diesen Unterlagen sind urheberrechtlich geschützt. Nutzung, Verbreitung oder Vervielfältigung nur nach Abstimmung mit Scienlab electronic systems GmbH. 7

8 A-CR-1D-915 Scienlab electronic systems GmbH Lise-Meitner-Allee Bochum Germany phone fax web mail info@scienlab.de