Druckbehälter - Rail, Druckregler, Kurbelwellen- und Nockenwellendruck- und Temperatursensor

Kraftstoffhochdruckbehälter (Rail - Einspritzverteiler - Rail)

Es wirkt als Hochdruck-Kraftstoffspeicher und dämpft gleichzeitig Druckschwankungen (Schwankungen), die entstehen, wenn die Hochdruckpumpe Kraftstoff pulsiert und ständig die Injektoren öffnet und schließt. Es muss daher ein ausreichendes Volumen aufweisen, um diese Schwankungen zu begrenzen, andererseits sollte dieses Volumen nicht zu groß sein, um nach dem Start schnell den notwendigen konstanten Druck für einen störungsfreien Start und Betrieb des Motors aufzubauen. Simulationsrechnungen werden verwendet, um das resultierende Volumen zu optimieren. Die in die Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch die Kraftstoffzufuhr von der Hochdruckpumpe ständig in das Rail nachgefüllt. Die Hochdruck-Kraftstoffkompressibilität wird verwendet, um den Speichereffekt zu erzielen. Wird dann mehr Kraftstoff aus dem Rail gepumpt, bleibt der Druck nahezu konstant.

Eine weitere Aufgabe des Druckbehälters – Rails – ist die Kraftstoffversorgung der Injektoren der einzelnen Zylinder. Das Design des Tanks ist das Ergebnis eines Kompromisses zwischen zwei widersprüchlichen Anforderungen: Er hat eine längliche Form (kugelig oder röhrenförmig) in Übereinstimmung mit der Konstruktion des Motors und seiner Position. Je nach Produktionsmethode können wir die Tanks in zwei Gruppen einteilen: geschmiedet und lasergeschweißt. Ihre Auslegung soll den Einbau eines Raildrucksensors und eine Begrenzung gem. Druckregelventil. Das Regelventil regelt den Druck auf den erforderlichen Wert, und das Drosselventil begrenzt den Druck nur auf den maximal zulässigen Wert. Komprimierter Kraftstoff wird durch die Hochdruckleitung durch den Einlass zugeführt. Aus dem Vorratsbehälter wird es dann auf die Düsen verteilt, wobei jede Düse ihre eigene Führung hat.

1 - Hochdrucktank (Rail), 2 - Stromversorgung von der Hochdruckpumpe, 3 - Kraftstoffdrucksensor, 4 - Sicherheitsventil, 5 - Kraftstoffrücklauf, 6 - Durchflussbegrenzer, 7 - Leitung zu den Einspritzdüsen.

Überdruckventil

Wie der Name schon sagt, begrenzt das Druckbegrenzungsventil den Druck auf den maximal zulässigen Wert. Das Drosselventil arbeitet ausschließlich mechanisch. Es weist eine Öffnung auf der Seite des Railanschlusses auf, die durch das konische Ende des Kolbens im Sitz verschlossen wird. Bei Betriebsdruck wird der Kolben durch eine Feder in den Sitz gedrückt. Bei Überschreiten des maximalen Kraftstoffdrucks wird die Federkraft überschritten und der Kolben aus dem Sitz geschoben. Somit fließt überschüssiger Kraftstoff durch die Strömungslöcher zurück zum Verteiler und weiter zum Kraftstofftank. Dies schützt das Gerät vor Zerstörung durch den großen Druckanstieg im Störungsfall. In den neuesten Versionen des Drosselventils ist eine Notfunktion integriert, wodurch auch bei geöffneter Ablassbohrung ein Mindestdruck aufrechterhalten wird und das Fahrzeug eingeschränkt fahren kann.

1 - Versorgungskanal, 2 - Kegelventil, 3 - Durchflusslöcher, 4 - Kolben, 5 - Druckfeder, 6 - Anschlag, 7 - Ventilkörper, 8 - Kraftstoffrücklauf.

Durchflussbegrenzer

Dieses Bauteil wird auf den Druckbehälter montiert und der Kraftstoff fließt durch es zu den Injektoren. Jede Düse hat ihren eigenen Durchflussbegrenzer. Der Zweck des Durchflussbegrenzers besteht darin, ein Austreten von Kraftstoff im Falle eines Ausfalls der Einspritzdüse zu verhindern. Dies ist der Fall, wenn der Kraftstoffverbrauch eines der Injektoren die vom Hersteller festgelegte maximal zulässige Menge überschreitet. Strukturell besteht der Durchflussbegrenzer aus einem Metallkörper mit zwei Gewinden, eines zur Befestigung am Tank und das andere zum Anschrauben des Hochdruckrohrs an die Düsen. Der innen liegende Kolben wird durch eine Feder gegen den Kraftstoffbehälter gedrückt. Sie versucht ihr Bestes, um den Kanal offen zu halten. Während des Betriebs des Injektors fällt der Druck ab, was den Kolben zum Auslass bewegt, aber nicht vollständig schließt. Wenn die Düse ordnungsgemäß funktioniert, tritt der Druckabfall in kurzer Zeit auf und die Feder bringt den Kolben in seine ursprüngliche Position zurück. Im Störungsfall, wenn der Kraftstoffverbrauch den eingestellten Wert überschreitet, setzt sich der Druckabfall fort, bis er die Federkraft übersteigt. Dann liegt der Kolben auf der Auslassseite am Sitz an und verbleibt in dieser Position, bis der Motor stoppt. Dadurch wird die Kraftstoffzufuhr zum ausgefallenen Injektor unterbrochen und ein unkontrollierter Kraftstoffaustritt in den Brennraum verhindert. Der Kraftstoffmengenbegrenzer arbeitet aber auch im Störungsfall, wenn nur geringfügig Kraftstoff austritt. Zu diesem Zeitpunkt kehrt der Kolben zurück, jedoch nicht in seine ursprüngliche Position, und nach einer bestimmten Zeit erreicht die Anzahl der Einspritzungen den Sattel und stoppt die Kraftstoffzufuhr zur beschädigten Düse, bis der Motor abschaltet.

1 - Zahnstangenverbindung, 2 - Verriegelungseinsatz, 3 - Kolben, 4 - Druckfeder, 5 - Gehäuse, 6 - Verbindung mit Injektoren.

Kraftstoffdrucksensor

Der Drucksensor dient dem Motorsteuergerät zur genauen Bestimmung des momentanen Drucks im Kraftstoffbehälter. Basierend auf dem Wert des gemessenen Drucks erzeugt der Sensor ein Spannungssignal, das dann vom Steuergerät ausgewertet wird. Der wichtigste Teil des Sensors ist die Membran, die sich am Ende des Zuführkanals befindet und vom zugeführten Kraftstoff angedrückt wird. Das Halbleiterelement wird als Sensorelement auf der Membran platziert. Das Messelement enthält elastische Widerstände, die in Brückenschaltung auf die Membran gedämpft sind. Der Messbereich wird durch die Dicke der Membran bestimmt (je dicker die Membran, desto höher der Druck). Wird Druck auf die Membran ausgeübt, verbiegt sie sich (ca. 20-50 Mikrometer bei 150 MPa) und verändert so den Widerstand der elastischen Widerstände. Wenn sich der Widerstand ändert, ändert sich die Spannung im Stromkreis von 0 auf 70 mV. Diese Spannung wird dann in der Auswerteschaltung auf einen Bereich von 0,5 bis 4,8 V verstärkt. Die Versorgungsspannung des Sensors beträgt 5 V. Kurz gesagt, dieses Element wandelt die Verformung in ein elektrisches Signal um, das modifiziert - verstärkt und von dort aus geht zur Auswertung an das Steuergerät, wo anhand der hinterlegten Kurve der Kraftstoffdruck berechnet wird. Bei Abweichung wird über ein Druckregelventil nachgeregelt. Der Druck ist nahezu konstant und unabhängig von Last und Drehzahl.

1 - elektrischer Anschluss, 2 - Auswerteschaltung, 3 - Membran mit Sensorelement, 4 - Hochdruckanschluss, 5 - Befestigungsgewinde.

Kraftstoffdruckregler - Steuerventil

Wie bereits erwähnt, ist es erforderlich, unabhängig von Last, Motordrehzahl usw. im Kraftstoffdruckbehälter einen praktisch konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Die Funktion des Reglers besteht darin, dass bei einem niedrigeren Kraftstoffdruck das Kugelventil im Regler öffnet und Überschüssiger Kraftstoff wird über eine Rücklaufleitung zum Kraftstofftank geleitet. Fällt hingegen der Druck im Kraftstofftank ab, schließt das Ventil und die Pumpe baut den erforderlichen Kraftstoffdruck auf. Der Kraftstoffdruckregler befindet sich entweder an der Einspritzpumpe oder am Kraftstoffbehälter. Das Steuerventil arbeitet in zwei Modi, das Ventil ist ein oder aus. Im inaktiven Modus ist das Solenoid nicht erregt und somit hat das Solenoid keine Wirkung. Die Ventilkugel wird nur durch die Kraft der Feder in den Sitz gedrückt, deren Steifigkeit einem Druck von etwa 10 MPa entspricht, was dem Öffnungsdruck des Kraftstoffs entspricht. Wird an die Elektromagnetspule Strom angelegt, beginnt dieser zusammen mit der Feder auf den Anker zu wirken und schließt das Ventil durch Druck auf die Kugel. Das Ventil schließt, bis ein Gleichgewicht zwischen den Kraftstoffdruckkräften einerseits und dem Elektromagneten und der Feder andererseits erreicht ist. Es öffnet sich dann und hält einen konstanten Druck auf dem gewünschten Niveau. Auf Druckänderungen, die einerseits durch die schwankende Kraftstoffzufuhr und das Zurückziehen der Düsen verursacht werden, reagiert das Steuergerät mit unterschiedlichem Öffnen des Steuerventils. Um den Druck zu ändern, fließt mehr oder weniger Strom durch den Magneten (seine Wirkung nimmt zu oder ab) und dadurch wird die Kugel mehr oder weniger in den Ventilsitz gedrückt. Bei der Common Rail der ersten Generation kommt das Druckregelventil DRV1 zum Einsatz, bei der zweiten und dritten Generation wird das Ventil DRV2 bzw. DRV3 zusammen mit dem Dosiergerät verbaut. Durch die zweistufige Regelung kommt es zu einer geringeren Erwärmung des Kraftstoffs, wodurch eine zusätzliche Kühlung im zusätzlichen Kraftstoffkühler entfällt.

1 - Kugelhahn, 2 - Magnetanker, 3 - Magnet, 4 - Feder.

Temperaturfühler

Temperatursensoren werden verwendet, um die Motortemperatur basierend auf Kühlmitteltemperatur, Ansaugkrümmer-Ladelufttemperatur, Motoröltemperatur im Schmierkreislauf und Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffleitung zu messen. Das Messprinzip dieser Sensoren ist eine Änderung des elektrischen Widerstandes durch Temperaturerhöhung. Ihre Versorgungsspannung von 5 V wird durch Änderung des Widerstandes verändert und dann in einem Digitalwandler von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgewandelt. Dieses Signal wird dann an die Steuereinheit gesendet, die die entsprechende Temperatur gemäß einer bestimmten Kennlinie berechnet.

Kurbelwellenpositions- und Drehzahlsensor

Dieser Sensor erfasst die genaue Position und die daraus resultierende Motordrehzahl pro Minute. Es handelt sich um einen induktiven Hallsensor, der sich auf der Kurbelwelle befindet. Der Sensor sendet ein elektrisches Signal an das Steuergerät, das diesen Wert der elektrischen Spannung auswertet, um z. B. die Kraftstoffeinspritzung zu starten (oder zu beenden) etc. Funktioniert der Sensor nicht, startet der Motor nicht.

Nockenwellenpositions- und Drehzahlsensor

Der Nockenwellendrehzahlsensor ist funktional ähnlich dem Kurbelwellendrehzahlsensor und wird verwendet, um zu bestimmen, welcher Kolben sich am oberen Totpunkt befindet. Diese Tatsache wird benötigt, um den genauen Zündzeitpunkt für Ottomotoren zu bestimmen. Außerdem dient er zur Diagnose von Zahnriemenschlupf oder Kettenüberspringen und beim Motorstart, wenn das Motorsteuergerät anhand dieses Sensors feststellt, wie sich die gesamte Kurbel-Kupplung-Kolben-Mechanik zu Beginn tatsächlich dreht. Bei Motoren mit VVT wird ein variables Ventilsteuersystem verwendet, um den Betrieb des Variators zu diagnostizieren. Der Motor kann ohne diesen Sensor existieren, es wird aber ein Kurbelwellendrehzahlsensor benötigt, und dann werden Nockenwelle und Kurbelwellendrehzahl im Verhältnis 1:2 geteilt. Bei einem Dieselmotor spielt dieser Sensor beim Start nur eine initiierende Rolle -up und teilt der ECU (Steuereinheit) mit, welcher Kolben sich zuerst am oberen Totpunkt befindet (welcher Kolben sich im Verdichtungs- oder Auslasshub befindet, wenn er sich zum oberen Totpunkt bewegt). Center). Am Kurbelwellenpositionssensor ist dies beim Start vielleicht nicht offensichtlich, aber während der Motor läuft, reichen die von diesem Sensor empfangenen Informationen bereits völlig aus. Dadurch kennt der Dieselmotor auch bei Ausfall des Sensors an der Nockenwelle die Position der Kolben und deren Hub. Wenn dieser Sensor ausfällt, startet das Fahrzeug nicht oder braucht länger zum Starten. Wie bei einem Ausfall des Sensors an der Kurbelwelle leuchtet hier die Motorkontroll-Warnleuchte auf der Instrumententafel auf. Üblicherweise der sogenannte Hallsensor.