Merkmale des Geräts und Vorteile des Common-Rail-Kraftstoffsystems

In modernen Autos werden Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet. Wenn früher eine solche Modifikation nur bei Dieselaggregaten erfolgte, erhalten heute viele Benzinmotoren eine der Einspritzarten. Sie sind ausführlich beschrieben in eine weitere Bewertung.

Jetzt konzentrieren wir uns auf die Entwicklung, die Common Rail genannt wurde. Mal sehen, wie es aussah, was seine Besonderheit ist und welche Vor- und Nachteile es hat.

Was ist ein Common-Rail-Kraftstoffsystem?

Das Wörterbuch übersetzt das Konzept der Common Rail als "Speicherkraftstoffsystem". Seine Besonderheit besteht darin, dass ein Teil des Dieselkraftstoffs aus einem Reservoir entnommen wird, in dem der Kraftstoff unter hohem Druck steht. Die Rampe befindet sich zwischen der Einspritzpumpe und den Einspritzdüsen. Die Einspritzung erfolgt durch den Injektor, der das Ventil öffnet, und der unter Druck stehende Kraftstoff wird in den Zylinder abgegeben.

Diese Art von Kraftstoffsystem ist der neueste Schritt in der Entwicklung von Dieselantrieben. Im Vergleich zum Benzin-Gegenstück ist der Diesel wirtschaftlicher, da Kraftstoff direkt in den Zylinder und nicht in den Ansaugkrümmer eingespritzt wird. Und mit dieser Modifikation steigt der Wirkungsgrad des Aggregats deutlich an.

Die Common-Rail-Kraftstoffeinspritzung hat den Wirkungsgrad des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den Einstellungen der Betriebsart des Verbrennungsmotors um 15% verbessert. In diesem Fall ist normalerweise ein Nebeneffekt der Wirtschaftlichkeit des Motors eine Abnahme seiner Leistung, in diesem Fall nimmt jedoch die Leistung des Geräts zu.

Der Grund dafür liegt in der Qualität der Kraftstoffverteilung im Zylinder. Jeder weiß, dass der Wirkungsgrad eines Motors nicht so sehr von der Menge des einströmenden Kraftstoffs abhängt, als vielmehr von der Qualität seiner Vermischung mit Luft. Da der Einspritzvorgang während des Motorbetriebs in Sekundenbruchteilen erfolgt, muss sich der Kraftstoff so schnell wie möglich mit Luft vermischen.

Die Kraftstoffzerstäubung wird verwendet, um diesen Prozess zu beschleunigen. Da die Leitung hinter der Kraftstoffpumpe einen hohen Druck hat, wird Dieselkraftstoff effizienter durch die Düsen gesprüht. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt mit größerem Wirkungsgrad, wodurch der Motor eine mehrfache Effizienzsteigerung zeigt.

Geschichte

Die Einführung dieser Entwicklung war die Verschärfung der Umweltstandards für Automobilhersteller. Die Grundidee tauchte jedoch Ende der 60er Jahre des letzten Jahrhunderts auf. Der Prototyp wurde vom Schweizer Ingenieur Robert Huber entwickelt.

Wenig später wurde diese Idee von einem Mitarbeiter der Eidgenössischen Technischen Hochschule, Marco Ganser, abgeschlossen. Diese Entwicklung wurde von Denzo-Mitarbeitern genutzt und ein Kraftstoffverteilersystem geschaffen. Die Neuheit hat den unkomplizierten Namen Common Rail erhalten. In den letzten Jahren der neunziger Jahre trat die Entwicklung bei Nutzfahrzeugen mit EDC-U1990-Motoren auf. Hino-Trucks (Modell Rising Ranger) erhielten ein solches Kraftstoffsystem.

Im 95. Jahr wurde diese Entwicklung auch anderen Herstellern zur Verfügung gestellt. Die Ingenieure jeder Marke haben das System modifiziert und an die Eigenschaften ihrer eigenen Produkte angepasst. Denzo sieht sich jedoch als Pionier bei der Verwendung dieser Einspritzung bei Autos.

Diese Meinung wird von einer anderen Marke bestritten, FIAT, die 1987 einen Prototyp eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung (Modell Chroma TDid) patentierte. Im selben Jahr begannen die Mitarbeiter des italienischen Konzerns mit der Schaffung einer elektronischen Einspritzung, die ein ähnliches Prinzip der Arbeit mit einer Common Rail aufweist. Das System wurde zwar UNIJET 1900cc genannt.

Die moderne Einspritzvariante funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie das ursprüngliche Design, unabhängig davon, wer als Erfinder gilt.

Design

Betrachten Sie das Gerät dieser Modifikation des Kraftstoffsystems. Der Hochdruckkreis besteht aus folgenden Elementen:

• Eine Leitung, die hohen Drücken standhalten kann, die ein Vielfaches des Verdichtungsverhältnisses des Motors betragen. Es besteht aus einteiligen Rohren, an die alle Schaltungselemente angeschlossen sind.
• Die Einspritzpumpe ist eine Pumpe, die den erforderlichen Druck im System erzeugt (abhängig von der Motorbetriebsart kann diese Anzeige mehr als 200 MPa betragen). Dieser Mechanismus hat eine komplexe Struktur. In seinem modernen Design basiert seine Arbeit auf einem Kolbenpaar. Es wird ausführlich in beschrieben eine weitere Bewertung... Die Vorrichtung und das Funktionsprinzip der Kraftstoffpumpe werden ebenfalls beschrieben getrennt.
• Eine Kraftstoffleitung (Schiene oder Batterie) ist ein kleines dickwandiges Reservoir, in dem sich Kraftstoff ansammelt. Injektoren mit Zerstäubern und anderen Geräten werden über Kraftstoffleitungen daran angeschlossen. Eine zusätzliche Funktion der Rampe besteht darin, die Schwankungen des Kraftstoffs zu dämpfen, die während des Betriebs der Pumpe auftreten.
• Kraftstoffdrucksensor und Regler. Mit diesen Elementen können Sie den gewünschten Druck im System steuern und aufrechterhalten. Da die Pumpe bei laufendem Motor ständig läuft, pumpt sie ständig Dieselkraftstoff in die Leitung. Um ein Platzen zu verhindern, leitet der Regler das überschüssige Arbeitsmedium in die Rücklaufleitung, die mit dem Tank verbunden ist. Einzelheiten zur Funktionsweise des Druckreglers finden Sie unter hier.
• Die Einspritzdüsen versorgen die Zylinder der Einheit mit dem erforderlichen Kraftstoffanteil. Die Entwickler von Dieselmotoren beschlossen, diese Elemente direkt im Zylinderkopf zu platzieren. Dieser konstruktive Ansatz ermöglichte es, mehrere komplexe Probleme gleichzeitig anzugehen. Zum einen werden die Kraftstoffverluste minimiert: Im Ansaugkrümmer des Mehrpunkteinspritzsystems verbleibt ein kleiner Teil des Kraftstoffs an den Krümmerwänden. Zweitens zündet Diesel nicht wie bei einem Benzinmotor von einer Glühkerze und nicht von einem Funken - seine Oktanzahl erlaubt nicht die Verwendung einer solchen Zündung (was ist die Oktanzahl, lesen Sie hier). Der Kolben komprimiert die Luft stark, wenn der Kompressionshub ausgeführt wird (beide Ventile sind geschlossen), wodurch die Temperatur des Mediums auf mehrere hundert Grad ansteigt. Sobald die Düse den Kraftstoff zerstäubt, entzündet sie sich bei hoher Temperatur spontan. Da dieser Vorgang eine perfekte Präzision erfordert, sind die Geräte mit Magnetventilen ausgestattet. Sie werden durch ein Signal von der ECU ausgelöst.
• Sensoren überwachen den Betrieb des Systems und senden entsprechende Signale an die Steuereinheit.
• Das zentrale Element in Common Rail ist das Steuergerät, das mit dem Gehirn des gesamten Bordsystems synchronisiert ist. Bei einigen Automodellen ist es in das Hauptsteuergerät integriert. Die Elektronik kann nicht nur die Leistung des Motors, sondern auch andere Komponenten des Fahrzeugs erfassen, wodurch die Luft- und Kraftstoffmenge sowie das Sprühmoment genauer berechnet werden. Die Elektronik ist werkseitig programmiert. Sobald die ECU die erforderlichen Informationen von den Sensoren erhält, wird der angegebene Algorithmus aktiviert und alle Aktuatoren erhalten den entsprechenden Befehl.
• Jedes Kraftstoffsystem hat einen Filter in seiner Leitung. Es ist vor der Kraftstoffpumpe installiert.

Ein mit dieser Art von Kraftstoffsystem ausgestatteter Dieselmotor arbeitet nach einem speziellen Prinzip. In der klassischen Version wird der gesamte Kraftstoffanteil eingespritzt. Das Vorhandensein eines Kraftstoffspeichers ermöglicht es, einen Teil in mehrere Teile zu verteilen, während der Motor einen Zyklus ausführt. Diese Technik wird als Mehrfachinjektion bezeichnet.

Seine Essenz läuft darauf hinaus, dass vor der Zufuhr der Hauptmenge Dieselkraftstoff eine Voreinspritzung erfolgt, die die Arbeitskammer noch mehr erwärmt und auch den Druck in ihr erhöht. Wenn der Rest des Kraftstoffs versprüht wird, zündet er effizienter und verleiht dem Common-Rail-ICE ein hohes Drehmoment, selbst wenn die Motordrehzahl niedrig ist.

Je nach Betriebsart wird ein Teil des Kraftstoffs ein- oder zweimal zugeführt. Wenn der Motor im Leerlauf läuft, wird der Zylinder durch eine doppelte Voreinspritzung aufgewärmt. Wenn die Last zunimmt, wird eine Voreinspritzung durchgeführt, wodurch mehr Kraftstoff für den Hauptzyklus übrig bleibt. Wenn der Motor mit maximaler Last läuft, wird keine Voreinspritzung durchgeführt, sondern die gesamte Kraftstofflast wird verwendet.

Perspektiven der Entwicklung

Es ist erwähnenswert, dass dieses Kraftstoffsystem verbessert wurde, wenn die Kompression der Aggregate zunimmt. Heute wird Autobesitzern die 4. Generation der Common Rail angeboten. Darin steht der Kraftstoff unter einem Druck von 220 MPa. Diese Modifikation wird seit 2009 in Autos eingebaut.

Die vorherigen drei Generationen hatten die folgenden Druckparameter:

1. Seit 1999 betrug der Raildruck 140 MPa;
2. Im Jahr 2001 stieg diese Zahl um 20 MPa;
3. 4 Jahre später (2005) wurden Autos mit Kraftstoffsystemen der dritten Generation ausgestattet, die einen Druck von 180 MPa erzeugen konnten.

Der Druckanstieg in der Leitung ermöglicht die Einspritzung eines größeren Dieselkraftstoffvolumens im gleichen Zeitraum wie bei früheren Entwicklungen. Dementsprechend erhöht dies die Völlerei des Autos, aber die Leistungssteigerung wird merklich erhöht. Aus diesem Grund erhalten einige neu gestaltete Modelle einen Motor, der mit dem vorherigen identisch ist, jedoch erhöhte Parameter aufweist (wie sich das Neugestalten vom Modell der nächsten Generation unterscheidet, wird beschrieben getrennt).

Die Verbesserung der Effizienz dieser Modifikation wird aufgrund einer genaueren Elektronik durchgeführt. Dieser Zustand lässt den Schluss zu, dass die vierte Generation noch nicht der Höhepunkt der Perfektion ist. Die Steigerung der Effizienz von Kraftstoffsystemen wird jedoch nicht nur durch den Wunsch der Autohersteller hervorgerufen, die Bedürfnisse wirtschaftlicher Autofahrer zu befriedigen, sondern vor allem durch die Erhöhung der Umweltstandards. Diese Modifikation sorgt für eine bessere Verbrennung des Dieselmotors, wodurch das Auto die Qualitätskontrolle bestehen kann, bevor es das Fließband verlässt.

Vor- und Nachteile der Common Rail

Die moderne Modifikation dieses Systems ermöglichte es, die Leistung des Geräts durch Sprühen von mehr Kraftstoff zu erhöhen. Da in modernen Autoherstellern eine große Anzahl von Sensoren aller Art installiert wurde, begann die Elektronik, die Menge an Dieselkraftstoff, die erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor in einem bestimmten Modus zu betreiben, genauer zu bestimmen.

Dies ist der Hauptvorteil der Common Rail gegenüber den klassischen Fahrzeugmodifikationen mit Einspritzdüsen. Ein weiteres Plus für eine innovative Lösung ist, dass sie einfacher zu reparieren ist, da sie über ein einfacheres Gerät verfügt.

Zu den Nachteilen zählen die hohen Installationskosten. Es erfordert auch Kraftstoff höherer Qualität. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Injektoren ein komplexeres Design aufweisen und daher eine kürzere Lebensdauer haben. Wenn einer von ihnen ausfällt, ist das Ventil ständig geöffnet, wodurch die Dichtheit des Stromkreises unterbrochen und das System heruntergefahren wird.

Weitere Informationen zum Gerät und zu verschiedenen Versionen des Hochdruckkraftstoffkreislaufs finden Sie im folgenden Video:

Das Funktionsprinzip der Komponenten des Kraftstoffkreislaufs des Common-Rail-Systems. Teil 2

Fragen und Antworten:

Wie hoch ist der Druck auf dem Common Rail? Im Kraftstoffverteilerrohr (Speicherrohr) wird Kraftstoff unter niedrigem Druck (von Vakuum bis 6 atm.) und im zweiten Kreislauf unter hohem Druck (1350-2500 bar) zugeführt.

Was ist der Unterschied zwischen Common Rail und Kraftstoffpumpe? Bei Kraftstoffsystemen mit Hochdruckpumpe verteilt die Pumpe den Kraftstoff sofort auf die Injektoren. Beim Common-Rail-System wird der Kraftstoff in einen Akkumulator (Rohr) gepumpt und von dort an die Injektoren verteilt.

Wer hat die Common-Rail erfunden? Ein Prototyp eines Common-Rail-Kraftstoffsystems erschien Ende der 1960er Jahre. Es wurde vom Schweizer Robert Huber entwickelt. Anschließend wurde die Technologie von Marco Ganser entwickelt.