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Leckagemesssystem für Injektoren

Beschreibung des Common-Rail-Systems

Die Anforderungen an die Einspritzsysteme von modernen Dieselmotoren steigen ständig. Höhere Drücke, schnellere Schaltzeiten und eine flexible Anpassung des Einspritzverlaufs an den Betriebszustand des Motors machen den Dieselmotor sparsam, sauber und leistungsstark.
Das Speichereinspritzsystem „Common-Rail“ eignet sich für all diese Aufgaben bestens und hat sich mittlerweile in allen Leistungsklassen etabliert.
Der Hauptvorteil liegt in den großen Variationsmöglichkeiten bei der Gestaltung der Einspritzung. Einspritzdruck, Einspritzzeitpunkt und Einspritzdauer sind weitgehend frei wählbar. Dies wird durch Entkoppelung von Druckerzeugung (Hochdruckpumpe) und Einspritzung (Injektor) erreicht. Die 3. Generation des Common-Rail-Systems für PKW arbeitet beispielsweise mit einem Systemdruck von 1800 bar und erreicht bis zu 7 Einspritzungen pro Motorzyklus. Die hohen Einspritzdrücke reduzieren den Kraftstoffverbrauch und die Mehrfacheinspritzung trägt wesentlich zur Geräusch- und Emissionsreduzierung bei.

 

 

Quelle: Bosch Fachbuch "Gelbe Reihe" - Diesel-Speichereinspritzsystem Common Rail, Ausgabe 2004

In der obigen Abbildung ist ein Common-Rail-System schematisch dargestellt.
Die Hochdruckpumpe (1) wird mit einer Vorförderpumpe (z.B. Zahnradförderpumpe) mit Kraftstoff versorgt. Die Zumesseinheit regelt dabei die Zulaufmenge. Die Hochdruckpumpe erzeugt dann je nach Bedarf den entsprechenden Systemdruck, der im Rail (5) gespeichert wird und zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung steht. Vom Rail aus werden dann die einzelnen Injektoren (7) mir Kraftstoff versorgt, welche in Verbindung mit dem Steuergerät den Einspritzvorgang steuern.

 

 

Bosch Fachbuch "Gelbe Reihe" - Diesel-Speichereinspritzsystem Common Rail, Ausgabe 2004

In der obigen Abbildung ist schematisch die Funktionsweise von einem Magnetventilinjektor dargestellt. Im Ruhezustand (linkes Bild) steht im dunkelblau markierten Hochdruckbereich der Systemdruck an. Infolge der im Steuerraum (6) auf die Düsennadel wirkenden Druckkraft wird die Düsennadel in den Sitz gepresst, und die Spritzlöcher (10) werden verschlossen. Das Magnetventil ist in diesem Zustand ebenfalls geschlossen, da die Kraft der Ventilfeder (11) größer ist, als die aus dem Systemdruck resultierende Kraft auf die  Ventilkugel (5).
Beim Beginn eines Einspritzvorgangs (mittleres Bild) wird die Magnetspule (2) bestromt und zieht den Magnetanker (4) an. Die Ventilkugel (5) hebt nun aufgrund des Drucks vom Sitz ab und Kraftstoff kann in den Niederdruckbereich (hellblau markiert) abströmen. Die hier abfließende Menge bezeichnet man als Steuerleckage. Diese wird über den Leckagerücklauf aus dem Injektor geführt und anschließend zum Kraftstofftank zurückgeleitet. Durch das Verhältnis von Zulaufdrossel (14) und Ablaufdrossel (12) wird der Druck im Ventilsteuerraum (6) soweit abgesenkt, dass die Kraft an der Düsennadel in Öffnungsrichtung überwiegt. Die Düsennadel (16) hebt nun ab. Es wird Kraftstoff über die Spritzlöcher in den Brennraum gespritzt.
Am Ende des Bestromungsvorgangs (rechtes Bild) wird das Ventil durch die Magnetventilfeder (11) wieder geschlossen. Im Ventilsteuerraum (6) wird wieder der Systemdruck aufgebaut. Dadurch überwiegt wieder die Kraft in Schließrichtung und die Düsennadel (16) wird geschlossen.

 

Leckagen beim Common-Rail-Injektor

Wie zuvor beschrieben, entsteht beim Ansteuern eines Common-Rail-Injektors eine sogenannte Steuerleckage, deren Menge vom Systemdruck und von der Bestromungszeit abhängig ist. Je nach Ausführung haben Injektoren auch im geschlossenen Zustand funktionsbedingt Leckagen und zwar wenn das Steuerventil als druckausgeglichenes Ventil ausgeführt ist, da dieses eine, gegen Hochdruck abdichtende, Führung besitzt. Hingegen haben Injektoren mit nichtdruckausgeglichenen Ventilen im geschlossenen Zustand an sich keine Leckage. Je nach Zustand des Ventilsitzes, bedingt durch Fertigungstoleranzen und Verschleiß, kann das Ventil nun aber eine sogenannte Sitzleckage, mit zum Teil äußerst geringen Leckagemengen aufweisen. Solche Injektoren mit nichtdruckausgeglichenen Ventilen befinden sich derzeit bei Bosch unter anderem in der Entwicklungsphase.

 

Leckagemessung bei Common-Rail-Injektoren

Sowohl in der Entwicklungsphase, wie auch in der Serienfertigung ist es notwendig, die  Leckagemenge eines Common-Rail-Injektors zu messen. Während der Entwicklung kann dies einerseits beispielsweise beim Testen verschiedener Ausführungen von Ventilen sein, andererseits aber auch um bei der Dauer- und Felderprobung das Verschleißverhalten zu beurteilen. In der Serienfertigung ist eine 100%-Leckagemessung notwendig, um sicherzustellen, dass nur einwandfreie Produkte ausgeliefert werden.

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