KIM II Kapitel 18: Common-Rail-System

• Komponenten:
• Niederdruckteil: (für die Niederdruckförderung des Kraftstoffes=
• Kraftstoffbehlter
• Förderpumpe mit Vorfilter (Versorgung der Hochdruckpumpe mit genügend Kraftstoff in jedem Betriebszustand)
• Niederdruckkraftstoffleitung für Zu- und Ablauf
• Kraftstofffilter
• Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe

• Hochdruckteil: (Hochdruckerzeugung, Kraftstoffverteilung, Kraftstoffzumessung)
• Hochdruckpumpe mit Elementabashcaltventil und Druckregelventil zur Bereitstellung von genügend Kraftstoff (verdichtet) in alle Betriebszuständen
• Mengenregelung -> Magnetventil dosiert Kraftstoffmenge, die der Hochdruckpumpe zugeführt wird -> Volumenstromregelventil
• Hochdruckspeicher (Rail) zur Speicherung des Kraftstoffes bei hohem Druck und zur Dämpfung von Druckschwingungen (Einspritzung, Pumpen) durch das Railvolumen
• Raildrucksensor zur Messung des aktuellen Raildrucks mit ausreichender Genauigkeit und liefern eines Spannungssignals an das Steuergerät
• Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Drucks im Rail (Verbindung zum Rücklauf)
• Durchflussbegrenzer zur Verhinderung des unwahrscheinlichen Falles einer Dauereinspritzung eines Injektors
• Injektor zur Einspritzung (Spritzbeginn und Einspritzmenge) (elektrisch)

• 1. Kraftstoffbehälter
• 2. Vorfilter
• 3. Vorförderpumpe
• 4. Kraftstofffilter
• 5. Niederdruck - Kraftstoffleitungen
• 6. Hochdruckpumpe
• 7. Hochdruck - Kraftstoffleitungen
• 8. Rail
• 9. Injektor
• 10. Kraftstoffrückleitungen
• 11. Steuergerät

• Vorteile:
• höhere Flexibilität durch
• großer Einsatzbereich
• hoher Einspritzdruck
• Variabler Spritzbeginn
• Möglichkeit zur Vor- Haupt- und Nacheinspritzung
• an Betriebszustand angepasster Einspritzdruck

Piezo-Inline-Injektor:

• Funktionsweise der Düsennadelsteuerung:
• Hydraulische Koppler gleicht ein eventuell vorhandenes Spiel aus (z.B. durch Wärmedehnung)
• Düse wird vom Raildruck im Steuerraum geschlossen gehalten
• Ansteuern des Piezo-Aktors öffnet das Servoventil -> Druck im Steuerraum wird abgesenkt -> Düse öffnet
• Beim Schließen des Servoventils erhöht sich der Druck im Steuerraum und die Düsennadel wird geschlossen.

Piezoaktoren besitzen nur einen kleinen Weg und müssen gestapelt werden (Bauraum) um einen ausreichender Weg zu verwirklichen.

herkömmlichen Injektoren haben ein zu langes Verzugszeit und erreichen die gewünschte Düsennadelgeschwindigkeiten nicht

• Piezoaktoren haben eine kleinere Verzugszeit zwischen Ansteuerung und Einspritzbeginn und können dadurch:
• Kleine reproduzierbare Einspritzmengen erreichen
• Kurzer Abstände zwischen Einspritzungen sind realisierbar

weiterhin haben Piezoinjektoren keine direkten Lekagestelle vom Hochdruck- zu Niederdruckbereiche was eine Steigerung des hydraulischen Wirkungsgrades des Gesamtsystems ermöglicht

um eventuell vorhandenem Spiel z.B. durch Wärmedehnung auszugleichen.

• Elektronik:
• Pumpe-Düse und Common Rail Systeme werden komplett elektronisch gesteuert und benötigen dadurch Schnittstellen zur:
• Kurbelwelleposition
• Fahrpedallstellung
• ESC, ASR und ABS Steuerung
• Ladedruck
• Kraftstofftemperatur
• Ansauglufttemperatur
• Ansaugluftmasse
• unter anderem

• 1. Kraftstoffförderpumpe 
• 2. Volumenstromregelventil (VCV)
• 3. Hochdruckpumpenelement
• 4. Hochdruckregelventil (PCV)
• 5. Vordruckregelventil
• 6. Schmierventil
• 7. Sieb-Filter
• 8. Spalt-Filter

• A. Kraftstoffzulauf
• B. Hochdruckanschluss
• C. Kraftstoffrücklauf

Die Hochdruckpumpe erzeugt permanent den Systemdruck für den Hochdruckspeicher (Rail). -> Verdichtete Kraftstoff muss nicht mehr speziell für jeden einzelnen Einspritzvorgang zur Verfügung gestellt werden

Der Kraftstoff wird mit drei radial angeordneten Pumpenkolben innerhalb der Hochdruckpumpe komprimiert -> Drei Förderhüben pro Umdrehung -> geringe Antriebs-Spitzendrehmomente / gleichmäßige Belastung des Pumpenantriebs

Mengenregelung erfolgt über ein Magnetventil im Hydraulikkopf der Pumpe. Das Ventil dosiert die Kraftstoffmenge, die der Hochdruckpumpe zugeführt wird -> geringe Menge sinkt den Druck im Rail

Das Druckregelventil stellt den Druck im Rail je nach Lastzustand des Motors. Bei zu hohem Druck -> öffnet und ein Teil des Kraftstoffes fließt über eine Sammelleitung zum Kraftstoffbehälter zurück 

• kleines Fuel-Rail -> schneller Druckaufbau
• großes Fuel-Rail -> Ausgleich von Druckschwingungen; konstanter Druck im gesamten Rail

Bei einer Dauereinspritzung sinkt der Druck auf der Auslassseite und der Kolben des Durchflussbegrenzers wird gegen die Federkraft nach unten gedrückt und verschließt so die Zufuhr

Dauereinspritzen kann auch durch eine Überwachung des Raildrucks elektronisch detektiert werden und wird in neueren Systeme verwendet.

• Um den unwahrscheinlichen Fall einer Dauereinspritzung zu verhindern.
• Sollte der Injektor defekt sein und dauerhaft einspritzen, verschließt der Durchlaufbegrenzer den Zulauf zum Injektor und verhindert so eine Dauereinspritzung

• a) magnetgesteuerten Injektor
• 

b) Piezo-Injektor

• a) hydraulischer Koppler: Spielausgleich
• b) Servoventil: berührungslose Düsennadelsteuerung

Zu- und Ablaufdrossel verringern in Kombination den Schaltdruck für das Magnetventil. Dabei ist die Zulaufdrossel die wesentliche Größe für das Schließen der Düse, die Ablaufdrossel ist die wesentliche Größe für das Öffnen der Düse.

a) Wenn nur die Zulaufdrossel vergrößert wird, so erreicht man ein schnelleres Schließen der Düse am Ende des Spritzvorgangs aber gleichzeitig vergrößert sich die Öffnungstotzeit

b) Wird nur die Ablaufdrossel vergrößert, reduziert sich die Totzeit zwischen dem Anziehen des Magnetventils und dem Öffnen der Düse aber die Schaltkräfte des Magnetventils sind erhöht

c) In diesem Falle reduziert sich die Schließzeit, allerdings werden die Schaltkräfte für das Magnetventil grösser.