Einspritzsysteme

 

Grundsätzlich haben wir uns ausschließlich auf Chiptuning von elektr. (nicht mechanisch) geregelten Dieseleinspritzsystemen (LKW und PKW) spezialisiert. Mittlerweile kann nahezu jedes Einspritzsystem perfektioniert werden.

Welcher Chip für welches Einspritzsystem?

 

1.) Wie funktioniert eine Verteilereinspritzpumpe VP 37 Bosch/Zexel/Lucas?

CHIP: I, II, III, IV, C11 (z.B. Golf TDI, BMW 525 TDS)

Funktionsprinzip gegenüber konventionellen bzw. mechanischen Einspritzsystemen: elektronische Ansteuerung der Einspritzpumpe vom Motorsteuergerät.

Erkennungsmerkmal: eine elektr. Datenleitung ist anstelle eines Gasseils mit der Einspritzpumpe verbunden!

Auf der Internationalen Automobil Ausstellung in Frankfurt am Main stellte Audi 1989 den weltweit ersten Dieselmotor mit Direkteinspritzung und elektronischer Motorregelung für den Einsatz im Pkw vor – die Geburtsstunde des TDI. Das alte Dieselimage – langsam, laut und unkultiviert – wurde durch den TDI von Audi ins Positive gewendet: Sportlich, komfortabel und äußerst sparsam lauten seitdem die Attribute der Audi TDI-Technik.

2.) Wie funktioniert eine Radialkoben-Verteilereinspritzpumpe Bosch VP 44 bzw Nippon- Denso Einspritzpumpe?

CHIP V-VP (z.B. Audi V6 TDI, BMW 320 d, Mazda DITD)

Allgemein

Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen werden für direkteinspritzende Hochleistungs-Dieselmotoren im Personenkraftwagen-, wie auch im leichten und mittleren Nutzfahrzeugbereich eingesetzt. Es können Zylinderleistungen von 25 KW pro Zylinder erreicht werden. Durch Ausnutzung der Druckschwingungen in den Einspritzleitungen lassen sich derzeit düsenseitige Spitzendrücke von bis zu 1750 bar realisieren. Diese hohen Einspritzdrücke sorgen für eine feine Zerstäubung des Dieselkraftstoffs und führen damit zu einer weitgehend vollständigen Verbrennung.

Der Einspritzdruck wird bei diesem nockengetriebenen System in Abhängigkeit der Motordrehzahl erzeugt, d.h. mit steigender Drehzahl erhöht sich der Druck linear.

In Verbindung mit einem elektronischen Steuergerät und einem Hochdruck-Magnetventil, der sog. EDC (Electronic Diesel Control), ermöglicht diese zeitgesteuerte Dieseleinspritztechnologie eine hohe Flexibilität zur Variation der Einspritzparameter. Damit lassen sich mehrere Einspritzungen in einem Einspritzzyklus ansteuern und somit vor der eigentlichen Haupteinspritzung (Main Injection) eine Voreinspritzung (Pilot Injection) ausführen. Das ermöglicht einen weicheren Verbrennungsablauf, der besonders beim Kaltstart eine wesentliche Verringerung des Motorgeräusches zur Folge hat.

 

Bild 2.1: Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe VP44 der Robert Bosch GmbH

Funktion

Über eine Flügelzellenpumpe, welche in dem Gehäuse der Verteilereinspritzpumpe integriert ist, erfolgt die Förderung des Kraftstoffs vom Tank zur Pumpe. Die Hochdruckerzeugung übernimmt eine Radialkolbenpumpe mit Nockenring und zwei bis vier Radialkolben (je nach Bauart). Die Einspritzmenge wird über die Schließdauer des Hochdruckmagnetventils gesteuert, der Förderbeginn über den Schließzeitpunkt des Magnetventils festgelegt. Die Verstellung des Einspritz-zeitpunktes bezüglich des Kurbelwinkels des Motors übernimmt der integrierte Spritzversteller. Dieser wird über ein getaktetes Magnetventil verstellt.

Entwicklung:

Die Probeläufe an der VP44 beschäftigten sich thematisch mit dem statistischen Einspritzmengenverhalten in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter (Ansteuerdauer Magnetventil, Drehzahl, Drücke, Temperaturen). Zusätzlich können hier Empfindlichkeits- und Genauigkeitsaussagen über unterschiedliche Ausrüstungen (Düsenhalterkombinationen) und Mengenmeßsysteme getroffen werden.

Die zur Messung Verfügung stehenden Einrichtungen (Moehwald Einspritzpumpenprüfbank, Kontinuierliches Mengenmeßsystem [KMM], Einspritzmengenindikator [EMI2]) sowie die erforderliche Meßtechnik zur Erfassung von Einspritzdrücken, Temperaturen und Nadelhüben ermöglichen dabei detaillierte Untersuchungsergebnisse. Als hochspezifiziertes Meßsystem ist der Einspritzmengenindikator sogar in der Lage, getrennte Messungen der Vor- und Haupteinspritzmengen durchzuführen.

 

Bild 2.2: Nadelhubverlauf mit Voreinspritzung bei Leerlaufdrehzahl (Zweifeder-Düsenhalter)

3.) Wie funktioniert ein Common-Rail Einspritzsystem?

Chip V-CR (z.B. CDI, HDI, JTD)

Der Kraftstoff wird von einer Pumpe hochverdichtet und den Einspritzventilen aller Zylinder in einer gemeinsamen Leitung mit ca.1350 bar zugeführt.

Es unterscheidet sich von anderen, nockengetriebenen Systemen vor allem dadurch, daß Ruckerzeugung und Einspritzung voneinander entkoppelt sind. Die Hochdruckerzeugung erfolgt mittels einer vom Motor angetriebenen 3-fach Radial-Kolbenpumpe, die in einen Hochdruckspeicher (Rail) fördert. Die Einspritzung in den Brennraum des Motors erfolgt über elektrisch angesteuerte Injektoren. Der Einspritzzeitpunkt ist frei wählbar und es können mehrere Einspritzungen je Verbrennungszyklus ausgeführt werden. Vor der Haupteinspritzung wird eine sehr kleine Kraftstoffmengeeingespritzt, die den Zündverzug und damit das Verbrennungsgeräusch der Hauptverbrennung deutlich reduziert.

Das Common-Rail-System besteht im Wesentlichen aus 3 voneinander sowohl funktionell als auch räumlich getrennten Bauteilen.

Die Hochdruckpumpe stellt den zur Einspritzung nötigen Druck bereit. Sie ist im allgemeinen als Axial- oder Radialhubkolbenpumpe ausgeführt.

Das Rail ist ein Druckspeicher, in den die Hochdruckpumpe fördert. Je nach Zylinderkonfiguration des Motors sind verschiedene Formen möglich. Für Reihenmotoren wird meist ein zylindrisches Rail verwendet. Am Rail befindet sich die Druckmeßstelle zur Erfassung des Systemdrucks. An der Pumpe oder am Rail ist ein Regelventil angeordnet, das zur Konstanthaltung des eingestellten Systemdrucks eine entsprechende Kraftstoffmenge absteuert.

Die Einspritzventile werden als Injektoren bezeichnet und sind hydraulisch an das Rail angeschlossen. Gegenüber konventionellen Düsenhalterkombinationen ist ein Magnetventil integriert.

 

Bild 1.2: Schnittdarstellung (Injektor mit Sitzlochdüse)

Die Hochdruckpumpe wird direkt vom Motor angetrieben und erzeugt im Zusammenspiel mit der Druckregelung einen über das gesamte Drehzahlband nahezu frei einstellbaren konstanten Systemdruck, der im Rail und damit an jedem Injektor anliegt.

Der Systemdruck wirkt im Injektor sowohl im Düsenraum, der über Druckschultern die Öffnungskraft erzeugt, als auch im Steuerraum, wo er auf die Querschnittsfläche des Steuerkolbens wirkt. Die Flächen sind so gewählt, daß die Düsennadel durch den Systemdruck geschlossen wird. Das Magnetventil ist oberhalb des Steuerraums angeordnet. Öffnet es, fällt der Druck im Steuerraum ab. Die Druckdifferenz zum Düsenraum reicht aus, um die Düsennadel anzuheben. Es wird Kraftstoff eingespritzt.

4.) Wie funktioniert ein Pumpe-Düse Einspritzsystem?

CHIP V-PD (z.B. VW TDI-PD, Rover TD5)

Der Hochdruck wird am Einspritzelement jedes Zylinders separat erzeugt, also für jeden Zylinder besteht eine separate Einspritzpumpe die die jeweilige Einspritzdüse in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Motors ansteuert. Der Einspritzdruck liegt bei ca. 2050 bar. Ansonsten ist die Funktion ähnlich dem Common-Rail System.

 

Abb.: elektronisch angesteuerter Pumpe-Düse-Injektor:

Pumpe-Düse-Einheit (PDE-Einspritzsystem)

Von den favorisierten vier Einspritzsystemen erreicht das Pumpe-Düse-System (Bild 3.1) die höchsten Einspritzdrücke.

 

Bild 3.1: Anordnung eines Pumpe-Düse-Elements im Zylinderkopf

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 Förderung des Kraftstoffs erfolgt während der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens. Der Einspritzvorgang beginnt jedoch erst nach Schließung des Magnetventils, das elektrisch 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.

Entwicklung:

Die Untersuchungen zur Erfassung der Gemischbildungseinflüsse bei Dieseldirekteinspritzung mittels eines PDE-Einspritzsystems erfolgten an einem Vielventil-Versuchsmotor. Dieser entstand aus einem Vollmotor durch Umstellung auf 1-Zylinderbetrieb, so daß gegenüber herkömmlichen Motoren realitätsnahe Ergebnisse erzielt wurden. Für die Einstellgrößen, die bei 1-Zylinderbetrieb simuliert werden mußten, wurden feineinstellbare Vorrichtungen geschaffen.

Ziel der Forschungsarbeiten war das Auffinden von Brennraumgestaltungen, die zu einem hohen effektiven Mitteldruck, geringen Kraftstoffverbrauch und niedrigen Schadstoffausstoß führten.

Die bisher erzielten Ergebnisse zeigen, daß die gegenwärtig bevorzugten Brennverfahren noch über ein bedeutsames Weiterentwicklungspotential verfügen.

Programme zur Softwareentwicklung der Eproms ermöglichen eine exakt und perfekt abgestimmte Kennfeldregelung in Abhängigkeit der unterschiedlichsten Parameter.