Fachreferat: Neueste Dieseleinspritztechniken

Einführung in die Dieseltechnologie

Die Anforderungen an moderne Dieselmotoren bezüglich Leistung, Drehmoment und Laufruhe bei gleichzeitig sinkenden Verbräuchen und Abgasemissionen nehmen zu. Damit rücken Hochdruck-Einspritzsysteme mit elektronischer Steuerung (EDC - Electronic Diesel Control) zunehmend in den Mittelpunkt. Gegenüber konventionellen Einspritzsystemen ergeben sich wesentliche Vorteile. Die hohen Einspritzdrücke führen zu einer feineren Zerstäubung des Kraftstoffs im Brennraum und damit zu einer schnelleren und besseren Verbrennung. Dadurch steigt die Zylinderleistung bei sinkenden Anteilen von unverbrannten Bestandteilen im Abgas. Der steigende Wirkungsgrad führen zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch.

Warum verwendet bzw. entwickelt man neue Dieseleinspritztechniken?

- Schadstoffausstoß zu senken
- Kraftstoffverbrauch zu senken
- Lärmemission zu senken
- Leistung der Motoren zu erhöhen (von 81kW/110Ps auf 85kW/115PS)
- Drehmomente der Motoren zu erhöhen (von 235Nm auf 285Nm)
- Durchzugskraft der Motoren zu erhöhen
- Wirkungsgrad erhöhen

Wodurch wir dies erreicht?

- sehr hohe Einspritzdrücke
- exakte Einspritzverläufe
- sehr genau dosierte Einspritzmengen
- Einsatz von Mikroprozessortechnik durch Steuerungs- und Regelungssysteme am

Motor

2 Systeme die sich bis jetzt durchgesetzt haben

Pumpe-Düse

Common Rail

Gemeinsamkeiten bei beiden Systemen

Bei beiden Systemen, sowohl bei Pumpe Düse Einspritzung, als auch Common Rail Einspritzung beginnt man nicht gleich mit der Haupteinspritzung, sondern
beginnt mit einer sogenannten Voreinspritzung. Bei der Voreinspritzung bewirken kleinste Mengen an Dieselkraftstoff (1 bis 4 mm³ ) eine deutliche Verbesserung
des Wirkungsgrades bei der Verbrennung. Außerdem wird durch diese Vorreaktion bzw. teilweiser Verbrennung der Kompressionsdruck auf 200 bar angehoben, wobei sich der Zündverzug bei der Haupteinspritzung verkürzt. Ein daraus resultierender Vorteil ist auch, dass dadurch eine weichere Verbrennung, durch den verminderten Verbrennungsdruckanstieg und Verbrennungsdruckspitzen, entsteht. Diese Effekte verringern die Schadstoffesmissionen.

Gemeinsamkeiten bei beiden Systemen

Ein Steuergerät bekommt Eingangssignale von den Sensoren. Die eingehenden Signale werden durch Mikroprozessoren verarbeitet und den einzelnen Betriebszustände (z.B. Startmenge, Fahrbetrieb, Leerlaufregelung,)notwendigen Signale zugeordnet. Das Ausgangssignal regelt dann die Einspritzmenge für den laufenden Prozess.

Sensoren die zuständig sind für die Eingangssignale:
- Kurbelwellendrehzahlsensor (misst die Drehzahl - Kurbelwellenstellung des Zylinders )
- Nockenwellendrehzahlsensor ( erfasst die Nockenwellenstellung )
- Temperatursensor ( Kühlmittel- , Öl- und Ansauglufttemperatur)
- Luftmassenmesser
- Ladedrucksensor                
- Bremskontakte Bild 1.1
- Kupplungskontakte
- Fahrpedalsensor
- Fahrgeschwindigkeitssensor

Durch spezielle Ventilanordnungerreicht man eine schone sehr hohe Verwirbelung
der Frischluft. Die neueste Entwicklung ist die Anordnung der Ein- und Auslassventile senkrecht zu der Nockenwelle. Diese Verwirbelung wird durch spezielle Kolbenform noch verstärkt.  

Einspritzung nach dem Pumpe-Düse-System

(Bild 1.2) Die Druckerzeugungseinheit (Pumpe, 1), die Zerstäubungseinheit (Düse, 5) und die Steuerungseinheit (elektromagnetisches Ventil, 4) bilden eine Baugruppe. Jeder Motorzylinder verfügt über eine derartige Pumpe-Düse-Einheit, die sich im Zylinderkopf befindet und über einen Kipphebel (3) von der Nockenwelle (2), die vorzugsweise im Zylinderkopf angeordnet ist, betätigt wird.

Die Einspritzdüse besteht aus 3 Teilen

- dem Magnetventil
- der Pumpe
- der Düse

Bild 1.3) Die Förderung des Kraftstoffs erfolgt während der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens. Der Einspritzvorgang beginnt jedoch erst nach Schließung des Magnetventils, das elektrisch über das Steuergerät angesteuert wird. Das Abfließen des Kraftstoffs in das Niederdrucksystem wird unterbrochen. Im Pumpen- und Düsenraum erfolgt ein schneller Druckanstieg. Nach Erreichen des Düsenöffnungsdruckes beginnt das Anheben der Düsennadel und in der Folge die Voreinspritzung. Bei weiterem Druckanstieg setzt die Bewegung des Ausgleichskolben ein, der einen zusätzlichen Raum freilegt. Daraus resultiert eine Druckabsenkung im Düsenraum. Die Düsenfeder wird um einen gewünschten Betrag weiter vorgespannt, der Öffnungsdruck steigt merklich an, so dass die Düsennadel wieder schließt. Bei Erreichen des höheren Öffnungsdrucks beginnt die Haupteinspritzung. Sie erfolgt so lange, bis das Magnetventil wieder geöffnet wird. Pumpen- und Düsenraum werden druckentlastet, und die Düsennadel schließt wieder.
Für die Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens sorgt eine Feder. Der Pumpenraum wird mit Kraftstoff neu befüllt, der unter einem vorgegebenen, von einer Förderpumpe erzeugten Druck steht. Der Ausweichkolben nimmt seine alte Position ein, und die Düsenvorspannfeder entspannt sich wieder auf das ursprüngliche Maß.