Dieselmotor-Management 978-3-322-99414-1, 978-3-322-99413-4

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Dieselmotor-Management Robert Bosch GmbH

Robert Bosch GmbH

DieselmotorManagement 3. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

Herausgeber:

© Robert Bosch GmbH, 2002 Softcover reprint ofthe hardcover 3rd edition 2002

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2., aktualisierte und erweiterte Auflage 1998

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Übereinstimmung des Inhalts mit den jeweils Haftung ist ausgeschlossen . 3 ., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage August 2002 Alle Rechte vorbehalten .

© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH , Braunschweig/Wiesbaden , 2002 . Der Vieweg Verlag ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe Bertelsmann Springer. www.vieweg.de

ISBN 978-3-322-99414-1 DOI 10.1007/978-3-322-99413-4

ND1

ISBN 978-3-322-99413-4 (eBook)

"Mein Motor macht immer noch große Fortschritte ... " Dieses Zitat RudolfDiesels aus dem Jahre 1895 ist aktueller den je. Denn beim Dieselmotorund vor allem bei der Dieseleinspritzung - ist viel in Bewegung geraten. Diese Entwicklung schlägt sich auch in der komplett überarbeiteten und aktualisierten 3. Auflage des vorliegenden Fachbuchs "Dieselmotor-Management" nieder. Diese Zusammenfassung der Hefte der BoschSchriftenreihe "Fachwissen Kfz-Technik" zur Dieseleinspritztechnik bietet eine ausführliche Beschreibung aller gängigen Bosch-Diesel-Einspritzsysteme. 75 Jahre nachdem die erste Serieneinspritzpumpe für schnell laufende Dieselmotoren bei Robert Bosch vom Band lief, erklärt dieses Fachbuch, was Dieselmotor-Management heute leisten kann. Den Schwerpunkt bilden die ausführlichen Beschreibungen der Einspritzsysteme mit ihren Komponenten. Im Einzelnen sind dies: • die Reiheneinspritzpumpen PE mit ihren Reglern, • alle Varianten der Verteilereinspritzpumpen VE .. F, VE .. EDC, VE .. MV (VP29, VP30) und VR (VP44), • die Einzeleinspritzpumpen PF, • das Unit Injector System UIS (Pumpe-Düse-Einheit PDE), • das Unit Pump System UPS (Pumpe-Leitung-Düse PLD) und • das Speichereinspritzsystem Common Rail CR. Vor der Beschreibung des jeweiligen Einspritzsystems zeigt eine Systemübersicht das Einsatzgebiet und die Besonderheiten auf und erleichtert Ihnen die Orientierung in diesem Fachbuch. Die Elektronische Dieselregelung EDC mit den dazugehörigen Sensoren bildet den zweiten Schwerpunkt. Dieses Fachgebiet wird ausführlich in eigenständigen Kapiteln erläutert. Das Kapitel Werkstatt-Technik gibt einen Einblick in die Prüfmethoden und die Prüfeinrichtungen der Diesel-Einspritzsysteme. Den Abschluss bilden die Kapitel der Abgastechnik. Ein verbessertes Inhalts- und Sachwortverzeichnis sowie ein Abkürzungsverzeichnis machen dieses Buch zu einem umfangreichen Nachschlagewerk zum Thema "Dieselmotor-Management". Die Redaktion

6

Inhalt

Grundlagen 10 Einsatzgebiete der Dieselmotoren 10 Eigenschaftskriterien 10 Anwendungen 14 Motorkenndaten

16 Grundlagen des Diesel16 19 20 23 27 30 31 34 38

motors Arbeitsweise Drehmoment und Leistung Motorwirkungsgrad Betriebszustände Betriebsbedingungen Einspritzsysteme Brennräume Dieselkraftstoffe

im Überblick 68 Anforderungen 70 Bauarten

76 Kraftstoffversorgung (Niederdruckteil) 76 Kraftstoffbehälter 76 Kraftstoffleitungen 77 Dieselkraftstofffilter 78 Kraftstoffpumpe 80 Verteilerrohr

114 Regler tür Reiheneinspritzpumpen

114 116 116 117 118 121 126 132

40 Systeme zur Füllungssteuerung 40 Übersicht 41 Motoransaugluftfilter 44 Drallklappen 44 Aufladung 55 Abgasrückführung

Dieseleinspritzung 56 Grundlagen der Dieseleinspritzung Gemischverteilung Einspritz- und Förderbeginn Einspritzmenge Einspritzverhalten Einspritzdruck Einspritzrichtung und Anzahl der Einspritzstrahlen

Steuerung und Regelung Einwirkung des Reglers Definitionen P-Grad des Reglers Aufgabe des Reglers Reglerarten Reglerübersicht Mechanische Drehzahlregelung

158 Anpassvorrichtungen 171 Pneumatische Abstellvor-

Niederdruck-Druckregelventil 81 Steuergerätekühler 81 Kraftstoffkühler 82 Zusatzventile für Reiheneinspritzpumpen

176 Hubschieber-Reihen-

84 Systemübersicht

177 Aufbau und Arbeitsweise

81

richtung (PNAB)

172 Spritzversteller 174 Elektrisches Stellwerk

Alternative Kraftstoffe

Luftversorgung

56 58 60 61 66 67

68 Diesel-Einspritzsysteme

einspritzpumpen

84 84 85 85

Reiheneinspritzpumpen Anwendungsgebiete Ausführungen Aufbau Regelung

88 Vorförderpumpen tür 88 89 91 91 91

Reiheneinspritzpumpen Anwendung Aufbau und Arbeitsweise Handpumpen Vorreiniger Falltankbetrieb

92 Standard-Reihen-

180 Systemübersicht Verteilereinspritzpumpen

180 180 182 184

Anwendungsgebiete Ausführungen Kantengesteuerte Systeme Magnetventilgesteuerte Systeme

188 Kantengesteuerte Verteilereinspritzpumpen

189 190 190 192

Einsatzbereiche und Einbau Baugruppen Aufbau Kraftstoffförderung

einspritzpumpen PE

93 93 102 112

Einbau und Antrieb Aufbau und Arbeitsweise

Ausführungen Reiheneinspritzpumpen PE für andere Kraftstoffe 113 Betrieb der Reiheneinspritz-

202 Autschaltgruppen tür 202 204 211 214

pumpen

227 227 228 229 230 233

Verteilereinspritzpumpen Übersicht Drehzahlregler Spritzversteller Mechanische Anpassvorrichtungen Lastschalter Potenziometer Fördersignalsensor Abstellvorrichtungen Elektronische Dieselregelung Diesel-Diebstahl-Schutz

Inhalt

234 Magnetventilgesteuerle Verleilereinspritzpumpen 234 Bauformen 234 Einsatzbereiche und Einbau 236 Axialkolben-Verteiler-

300 Einspritzdüsen 302 Zapfendüsen 304 Lochdüsen 308 Weiterentwicklung der Düse

einspritzpumpen VE .. MV 238 RadialkolbenpumpenVerteilereinspritzpumpen VR

310 Düsenhalter 312 Standard-Düsenhalter 313 Stufenhalter 314 Zweifeder-Düsenhalter

252 Systemübersicht Einzelzylinder-Systeme

315 Düsenhalter mit Nadelbewegungssensor

252 Einzeleinspritzpumpen PF 254 Unit Injector System UIS und Unit Pump System UPS 258 Systembild UIS für Pkw 260 Systembild UIS/UPS für Nkw 262 Einzeleinspritzpumpen PF 262 Aufbau und Arbeitsweise 264 Baugrößen 266 Unit Injector UI 266 Einbau und Antrieb 267 Aufbau 270 Arbeitsweise 274 Hochdruckmagnetventil 276 UnitPump UP 276 Aufbau 278 Unit Pump für Großmotoren 280 Systemübersicht Common Rail 280 Anwendungsgebiete 280 Aufbau 281 Arbeitsweise 284 Systembild Pkw 286 Systembild Nkw 288 Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems 288 Hochdruckpumpe (Druckerzeugung) 293 Rail (Hochdruckspeicher) 296 Injektor (Einspritzung)

316 Hochdruckverbindungen 316 Hochdruckanschlüsse 317 Hochdruck-Kraftstoffleitungen

340 340 341 342

Sensoren Einsatz im Kraftfahrzeug Temperatursensoren Mikromechanische

Drucksensoren 345 Raildrucksensoren 346 Induktive Motordrehzahlsensoren 347 Drehzahlsensoren und inkrementale Drehwinkelsensoren 348 Hall-Phasensensoren 350 Halb-DifferenzialKurzschlussringsensoren 352 Fahrpedalsensoren 354 Heißfilm-Luftmassenmesser

Elektronik

HFM5 356 Planare Breitband-LambdaSonde LSU4

320 Elektronische Dieselregelung EDC 320 Anforderungen 320 Systemübersicht 321 System blöcke 322 Reiheneinspritzpumpen

358 Steuergerät 358 Einsatzbedingungen, Aufbau 358 Datenverarbeitung

323 Kantengesteuerte Axialkolben-Verteilereinspritzpumpen 324 Magnetventilgesteuerte Axial- und RadialkolbenVerteilereinspritzpumpen 325 Common Rail System 326 Unit Injector System UIS für Pkw 327 Unit Injector System UIS und Unit Pump System UPS für Nkw 328 Applikation Pkw-Motoren 332 Applikation Nkw-Motoren 337 Applikationstools

364 Elektronische Steuerung und Regelung 364 Steuerung und Regelung 364 Datenverarbeitung 366 Datenaustausch mit anderen Systemen 368 Regelung der Einspritzung 377 Lambda-Regelung für Pkw-Dieselmotoren 383 Zusätzliche Sonderanpassungen 383 Ansteuerung der kantengesteuerten Einspritzsysteme 386 Ansteuerung der magnetventilgesteuerten Einspritzsysteme 393 Regelung und Ansteuerung der übrigen Stellglieder 394 Ersatzfunktionen 395 Momentengeführte EDCSysteme

7

8

Inhalt

398 Datenübertragung zwischen elektronischen

440 Systeme zur Abgasnachbehandlung

Systemen

440 Diesel-Oxidations-

398 Systemübersicht

katalysator

Redaktionelle Kästen 13 Diesel-Geschichte(n) 15 Flugzeug-Dieselmotoren

398 Serielle Datenübertragung (CAN)

440 Partikelfilter

403 Ausblick

443 SCR-Prinzip

54 Druckwellenlader

443 Kombinationssysteme

75 Diesel-Einspritz-

444 Abgasgesetzgebung

99 ReiheneinspritzpumpenGeschichte(n)

441

NOx-Speicherkatalysator

404 Stellglieder (Aktoren) 404 Elektropneumatische Wandler 405 Dauerbremsanlagen 405 Lüfteransteuerung

der 1920er und 30er Jahre 33 M-Verfahren

Geschichte(n) 444 Übersicht 446 CARB-Gesetzgebung (Pkw/LOT)

103 Dieselrekorde 1978 115 Regler-Geschichte(n)

406 Starthilfesysteme

450 EPA-Gesetzgebung (Pkw/LDT)

Service

452 EU-Gesetzgebung (Pkw/LDT)

232 Dieselrekorde 1972

408 Arbeitsweise

455 Japan-Gesetzgebung (Pkw/LDT)

235 Stammbaum der elektronisch geregelten Verteiler-

411

456 USA-Gesetzgebung (Nkw)

408 Elektronische Diagnose On-Board-Diagnose OBD

412 Werkstatt-Technik 412 Übersicht 414 Prüfung von EDCSystemen 418 EinspritzpumpenPrüfstände 420 Prüfung von Reihen-

203 Stammbaum der mechanisch geregelten Verteilereinspritzpumpen von Bosch

einspritzpumpen von Bosch

457 EU-Gesetzgebung (Nkw)

251 Dieselrekorde 1998

459 Japan-Gesetzgebung (Nkw)

273 Vergangenheit und Zukunft

460 USA-Testzyklen für Pkw und LDT 462 Europäischer Testzyklus für Pkw und LDT 463 Japan-Testzyklus für Pkw und LDT

einspritzpumpen

464 Testzyklen für Nkw

424 Prüfung von kantengesteuerten Verteiler-

466 Abgasprüfung für Typzulassung

des Unit Injectors 301 Dimensionen der DieselEinspritztechnik 309 Dieseleinspritzung ist Präzisionstechnik 319 Kavitation im HochdruckKraftstoffsystem 336 Motorprüfstand 351 Messgrößen am Dieselmotor

einspritzpumpen 428 Düsenprüfung

470 Sachwortverzeichnis

363 Von Steuergeräten wird viel

430 Prinzip der Abgasmessung 432 Trübungsmessung

470 Sachworte

verlangt! 367 Elektronik ... woher kommt

475 Abkürzungen

der Begriff?

Diesel-Abgas

382 Race-Trucks 417 Weltweiter Service

434 Abgasemissionen

437 Ozon und Smog

434 Übersicht

469 Treibhauseffekt

434 Hauptbestandteile 436 Nebenbestandteile (Schadstoffe) 438 Schadstoffminderung

Autoren

Einsatzgebiete des Dieselmotors Dipl.-Ing. (FH) Hermann Grieshaber; Dipl.-Ing. Joachim Lackner; Dr.-Ing. Herbert Schumacher Grundlagen Dieselmotor, Einspritzung Dipl.-Ing. (FH) Hermann Grieshaber Systeme zur Füllungssteuerung Dr.-Ing. Michael Durst, Filterwerk Mann + Hummel; Dr.-Ing. Thomas Wintrich Kraftstoffversorgung Dipl.-Ing. (FH) Rolf Ebert; Dr.-Ing. Ulrich Projahn; Ing. Dipl.-Betr.-Wirt (FH) Matthias Schmidl; Dr. tech. Theodor Stipek Reiheneinspritzpumpen und ihre Regler Henri Bruognolo; Dipl.-Ing. Ernst Ritter Kantengesteuerte Verteilereinspritzpumpen und ihre Aufschaltgruppen Dipl.-Ing. (FH) Helmut Simon; Prof. Dr. -Ing . Helmut Tschäke Magnetventilgesteuerte Verteilereinspritzpumpen Ing. (grad.) Heinz Notdurft; Dr.-Ing. Uwe Reuter; Dipl.-Ing. Nestor Rodriguez-Amaya; Dipl.-Ing. (FH) Karl-Friedrich Rüsseler; Dipl.-Ing.- Werner Vallon; Dipl.-Ing. Burkhard Veldten Common Rail Dipl.-Ing. Ralf Isenburg; Dipl.-Ing. (FH) Michael Münzenmay, STZ-System und Simulationstechnik, Prof. H. Kuli, Esslingen

Elektronische Dieselregelung und Steuergerät Dr.-Ing. Stefan Becher; Dipl. -Ing. Johannes Feger; Dipl.-Ing. Lutz-Martin Fink; Dipl.-Ing. Wolfram Gerwing; Dipl.-Ing. (BA) Klaus Grabmaier; Dipl.-Ing. Martin Grosser; Dipl.-Inform. Michael Heinzelmann; Dipl.-Math. techno Bernd IlIg; Dipl.-Ing. (FH) Joachim Kurz; Dipl.-Ing. Felix Landhäußer; Dipl.-Ing. Rainer Mayer; Dipl.-Ing. Thomas Nickels, MAN Nutzfahrzeuge AG Dr. rer. nat. Dietmar Ottenbacher; Dipl.-Ing. (FH) Andreas Werner; Dipl.-Ing. Jens Wiesner Sensoren Dipl.-Ing . Joachim Berger Datenübertragung Dr.-Ing. Michael Walther Stellglieder (Aktoren) Dipl.-Ing. Werner Pape Werkstatt-Technik Hans Binder; Dipl.-Ing. Rainer Rehage; RolfWärner Abgasemissionen Dipl.-Ing. Eberhard Schnaibel Dipl.-Ing. (FH) Hermann Grieshaber Abgasnachbehandlung Priv.-Doz. Dr.-Ing. Johannes K. Schaller Abgasgesetzgebung Dr. -Ing . Stefan Becher; Dr.-Ing . Michael Eggers

Einzeleinspritzpumpen, Unit Injector System und Unit Pump System Dr.-Ing. Ulrich Projahn; Dipl.-Ing. Nestor Rodriguez-Amaya; Dr. tech. Theodor Stipek

Kundendienstschule Günter Haupt; Albert Lienbacher

Einspritzdüsen und Düsenhalter Dipl.-Ing. Thomas Kügler

sowie die Redaktion in Zusammenarbeit mit den zuständigen Fachabteilungen unseres Hauses.

Hochdruckverbindungen Kurt Sprenger

Soweit nicht anders angegeben, handelt es sich um Mitarbeiter der Robert Bosch GmbH.

9

Einsatzgebiete der Oieselmotoren

10

Eigenschaftskriterien, Anwendungen

Einsatzgebiete der Dieselmotoren Kein anderer Verbrennungsmotor wird so vielfältig eingesetzt wie der Dieselmotor I). Dies ist vor allem auf seinen hohen Wirkungsgrad und der damit verbundenen Wirtschaftlichkeit zurückzuführen. Die wesentlichen Einsatzgebiete für Dieselmotoren sind: • Stationärmotoren, • Pkw und leichte Nkw, • schwere Nkw, • Bau- und Landmaschinen, • Lokomotiven und • Schiffe. Dieselmotoren werden als Reihenmotoren und V-Motoren gebaut. Sie eignen sich grundsätzlich sehr gut für die Aufladung, da bei ihnen im Gegensatz zum Ottomotor kein Klopfen auftritt (siehe Kapitel "Systeme zur Füllungssteuerung").

Eigenschaftskriterien Folgende Merkmale und Eigenschaften sind für den Einsatz eines Dieselmotors von Bedeutung (Beispiele): • Motorleistung, • spezifische Leistung, • Betriebssicherheit, • Herstellungskosten, • Wirtschaftlichkeit im Betrieb, • Zuverlässigkeit, • Umweltverträglichkeit, • Komfort und • Gefälligkeit (z. B. Motorraumdesign). Je nach Anwendungsbereich ergeben sich für die Auslegung des Dieselmotors unterschiedlich Schwerpunkte.

Anwendungen Stationärmotoren

') Benannt nach Rudol! Ore cl (t858 b,s 1913). der 1892 sein erstes Patent auf "Neue ratIonelle Warmekraft · maschinen' anmeldete Es erforderte Jedoch noch v,el Entwlcklungsarbe't, b.s 1697 der ersle D.eselmolor be, MAN .n Augsburg Iiel.

Stationärmotoren (z. B. für Stromerzeuger) werden oft mit einer festen Drehzahl betrieben. Motor und Einspritzsystem können somit optimal auf diese Drehzahl abgestimmt werden. Ein Drehzahlregler ver-

Pkw·Dieselmolor mil Unil Injeelor Einspritz.yslem (Beispiel)

kW 110

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Ladelultkuhler

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Kuhlm.lIelpumpe

6

Zylinder

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

1000

2000

3000 4000 Drehzahl"

Einsatzgebiete der Dieselmotoren

ändert die Einspritzmenge entsprechend der geforderten Last. Für diese Anwendungen werden weiterhin auch Einspritzanlagen mit mechanischer Regelung eingesetzt. Auch Pkw- und Nkw-Motoren können als Stationärmotoren eingesetzt werden. Die Regelung des Motors muss jedoch ggf. den veränderten Bedingungen angepasst sein. Pkw und leichte Nkw

Besonders von Pkw-Motoren (Bild 1) wird ein hohes Maß an Durchzugskraft und Laufruhe erwartet. Auf diesem Gebiet wurden durch weiterentwickelte Motoren und neue Einspritzsysteme mit Elektronischer Dieselregelung (Electronic Diesel Control EDC) große Fortschritte erzielt. Das Leistungs- und Drehmomentverhalten konnte auf diese Weise seit Beginn der 1990er Jahre wesentlich verbessert werden. Deshalb hat der "Diesel" unter anderem auch den Einzug in die Pkw-Oberklasse geschafft. In Pkw werden Schnellläufer mit Drehzahlen bis 5500 min- 1 eingesetzt. Das Spektrum reicht vom lO-Zylinder mit 5000 cm 3 in Limousinen bis zum 3-Zylinder 800 cm 3Motor in Kleinwagen.

11

Anwendungen

Neue Pkw-Dieselmotoren werden in Europa nur noch mit Direkteinspritzung (DI, Direct Injection engine) entwickelt, da der Kraftstoffverbrauch bei DI-Motoren ca. 15... 20% geringer ist als bei Kammermotoren. Diese heute fast ausschließlich mit einem Abgasturbolader ausgerüsteten Motoren bieten deutlich höhere Drehmomente als vergleichbare Ottomotoren. Das im Fahrzeug maximal mögliche Drehmoment wird meist von den zur Verfügung stehenden Getrieben und nicht vom Motor bestimmt. Die immer schärfer werdenden Abgasgrenzwerte und die gestiegenen Leistungsanforderungen erfordern Einspritzsysteme mit sehr hohen Einspritzdrücken. Die steigenden Anforderungen an das Abgasverhalten bilden auch zukünftig eine Herausforderung für die Entwickler von Dieselmotoren. Deshalb wird es in Zukunft besonders auf dem Gebiet der Abgasnachbehandlung zu weiteren Veränderungen kommen. Schwere Nkw

Motoren für schwere Nkw (Bild 2) müssen vor allem wirtschaftlich sein. Deshalb sind in diesem Anwendungsbereich nur Diesel-

Nkw·Oieselmotor mit Common Rail System (BeIspiel)

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Orehzahln

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2 3 4

Injektor Rrul Hochdruckpumpe

Einsatzgebiete der Dieselmotoren

12

Anwendungen

motoren mit Direkteinspritzung (DI) zu finden. Der Drehzahlbereich dieser Mittelschnellläufer reicht bis ca. 3500 min- I . Auch die Abgasgrenzwerte für Nkw werden immer weiter herabgesetzt. Dies bedeutet hohe Anforderungen auch an das jeweilige Einspritzsystem und die Entwicklung von neuen Systemen zur Abgasnachbehandlung. Bau- und Landmaschinen

Im Bereich der Bau- und Landmaschinen hat der Dieselmotor seinen klassischen Einsatzbereich. Bei der Auslegung dieser Motoren wird außer auf die Wirtschaftlichkeit besonders hoher Wert auf Robustheit, Zuverlässigkeit und Servicefreundlichkeit gelegt. Die maximale Leistungsausbeute und die Geräuschoptimierung haben einen geringeren Stellenwert als zum Beispiel bei Pkw-Motoren. Bei dieser Anwendung werden Motoren mit Leistungen ab ca. 3 kW bis hin zu Leistungen schwerer Nkw eingesetzt. Bei Bau- und Landmaschinen kommen vielfach noch Einspritzsysteme mit mechanischer Regelung zum Einsatz. Im Gegensatz zu allen anderen Einsatzbereichen, in denen ｓ｣ｨｾｦｳ､ｬ･＠

vorwiegend wassergekühlte Motoren verwendet werden, hat bei den Bau- und Landmaschinen die robuste und einfach realisierbare Luftkühlung noch große Bedeutung. Lokomotiven

Lokomotivmotoren sind, ähnlich wie größere Schiffsdieselmotoren, besonders auf Dauerbetrieb ausgelegt. Außerdem müssen sie gegebenenfalls auch mit schlechteren Dieselkraftstoff-Qualitäten zurechtkommen. Ihre Baugröße umfasst den Bereich großer Nkw-Motoren bis zu mittleren Schiffsmotoren. Schiffe

Die Anforderungen an Schiffsmotoren sind je nach Einsatzbereich sehr unterschiedlich. Es gibt ausgesprochene Hochleistungsmotoren für z. B. Marine- oder Sportboote. Für diese Anwendung werden 4-Takt-Mittelschnellläufer mit einem Drehzahlbereich zwischen 400 ... 1500 min- I und bis zu 24 Zylindern eingesetzt (Bild 3). Andererseits finden auf äußerste Wirtschaftlichkeit im Dauerbetrieb ausgelegte 2-Takt-Großmotoren Verwendung. Mit diesen Langsamläufern (n < 300 min- 1) werden auch die

mit Einzelelnspntzpumpen (Beispiel)

kW

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Be,elch der Volllast· begrenzung

ｾ＠

______________--..J 600

800

Drehzahl"

Einsatzgebiete der Dieselmotoren

Diesel·Geschichte(n)

13

D......·Ge8Chochle(n)

Im Jahre 1892 begann Rudolf Diesel

sprechende Drehzahlsteigerung zu. Außerdem

(1858 bis 1913) bei MAN In Augsburg die

war d r erforderliche Kompressor sehr auf·

Forschungsarbellen. denen seine Idee emes völlig neuen Molors mll Selbstzündung zu·

geWicht nicht wesenthch redUZieren ließen.

wändlg. sodass Sich Baugröße und Bau·

grunde lag. Nach lIIelen Jahren harter Arbell entstand 1897 der erste Dieselmotor der Welt

Ende 1922 beschloss Robert Bosch. Sich mit

mit 20 PS Leistung bei einer Drehzahl von

der Entwicklung eines Einspntzsystems für

175mln '. Dieser Motor halte gegenüber den bereits

des Jahres 1923 lagen rund ein Dutzend ver·

bewährten Antrieben (Dampfmaschine und

schledene Enlwilrfe für Elnspntzpumpen vor.

Dieselmotoren zu befassen. Bereits zu Beginn

Oltomotor) einige Vorzüge: Er verbrauchte

M,lte 1923 wurden die ersten Versuche am

wesentlich weniger Kraftstoff - der noch dazu

Motor durchgeführt Im Sommer 1925 stand

verhältnismäßig billig war - und er konnte für

dann der endgültige Entwurf der Emspntz·

sehr Viel höhere Leistungen ausgelegt werden .

pumpe fes\. 1927 verließen die ersten In Sene gefertrgten Elnspntzpumpen das Stullgarter

Diesels Erfindung setzte sich rasch für Schrffs· und StatlonäTmotoren durch. Allerdings gelang es nicht. höhere Drehzahlen zu erreichen . Je

Werk. Diese von Sosch entwlckellen E,nspntz· pumpen brachlen den D,eselmolor auf Touren

mehr Sich der Dieselmotor verbrertete - und

und sorgten für den Durchbruch Seitdem

damit seine Vorterle bekannt wurden - desto

eroberte Sich der Dieselmotor einen ständig

starker nahmen die Forderungen nach einem

größer werdenden Anwendungsbereich. Der

kleinen. schnelllaufenden Selbslzünder zu.

ersle Serien·Pkw mit Dieselmotor war der

Das größte HinderniS für den hochtoungen

Mercedes·Senz 2600 aus dem Jahre 1936

Dieselmotor stellte die Kraftstoffzuführung dar.

(2580 cm 3 • 50 PS). Die ViSion von Rudol!

Das bis dahin angewandte Einblasverfahren.

Diesel halte den Sprung In die Wirklrehkelt

bei dem der Kraftstoff mit Druckluft In den

geschafft.

Brennraum geblasen wurde. ließ keine ent·

Bild 1

o

E,nsp"upumpe

wuroo 1927 lur Ver suche In e nen Stoewer

P rsonenwagen eIn gebaut Der MOlO< hatte eInen

Hubraum \Ion

2580 cm und lelSlete 27 PS (ca 20 kW)

14

Einsatzgebiete der Dieselmotoren

Anwendungen, Motorkenndaten

Mehr- oder Vielstoffmotoren Für Sonderanwendungen (z. B. Einsatz in Gebieten mit sehr schlechter Infrastruktur und Militäranwendungen) wurden Dieselmotoren mit der Eignung für wechselweisen Betrieb mit Diesel-, Otto- und ähnlichen Kraftstoffen entwickelt. Sie haben zurzeit nahezu keine Bedeutung, da mit solchen Motoren die heutigen Anforderungen an das Emissions- und Leistungsverhalten nicht zu erfüllen sind.

höchsten mit Kolbenmotoren erreichbaren effektiven Wirkungsgrade von bis zu 55 % erreicht. Großmotoren werden meist mit preiswertem Schweröl betrieben. Dazu ist eine aufwändige Kraftstoff-Aufbereitung an Bord erforderlich. Der Kraftstoff muss je nach Qualität auf bis zu 160 oe aufgeheizt werden. Erst dadurch wird seine Viskosität auf einen Wert gesenkt, der ein Filtern und Pumpen ermöglicht.

Motorkenndaten Für kleinere Schiffe werden oft Motoren eingesetzt, die eigentlich für schwere Nkw bestimmt sind. Damit steht ein wirtschaftlicher Antrieb mit niedrigen Entwicklungskosten zur Verfügung. Auch bei diesen Anwendungen muss die Regelung an das veränderte Einsatzprofil angepasst sein.

Tabelle 1 zeigt die wichtigsten Vergleichsdaten verschiedener Diesel- und Ottomotoren. Bei Ottomotoren mit Benzin-Direkteinspritzung BDE liegt der Mitteldruck um ca. 10% höher als bei den in der Tabelle angegebenen Motoren mit Saugrohreinspritzung. Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist dabei um bis zu 25% geringer. Das Verdichtungsverhältnis bei diesen Motoren geht bis E=13.

Vergleochsdalen fur 0 ......'· und Oltomoloren

Dieselmotoren

Tabelle 1 )

Aus dem Mit dr

r 'ann d

sml

f endet Formel spez,t Für die technische Arbeit W des Dieselmotors sind die Druckänderungen mit den dazugehörigen Volumenänderungen verantwortlich. Sie werden in einem DruckVolumen-Arbeitsdiagramm - kurz p- VDiagramm - dargestellt.

Bild 1

1-2 Isenlrope

ei l iger- Prozess Der Seiliger-Prozess (Bild 1) beschreibt den thermodynamischen Vergleichs prozess und somit die theoretisch erreichbare Arbeit des Dieselmotors. Ziel der Motorenentwicklung ist es, bei einem realen Prozess so nahe wie möglich an den Seiliger-Prozess zu gelangen. Bei diesem idealen Prozess werden folgende Vereinfachungen getroffen: • ideales Gas, • konstante spezifische Wärme, • unendlich schnelle Wärmezu- und -abfuhr und • keine Strömungsverluste, da der theoretische Prozess die Vorgänge beim Gaswechsel nicht berücksichtigt.

Kompress,on 2- 3 s I ochore

Die Fläche im p- V-Diagramm beschreibt die theoretische Arbeit W, die bei einem Arbeitsspiel erreicht wird. Im Einzelnen laufen folgende Schritte ab:

lsentrope Kompression (1-2) Bei der isentropen Kompression (Verdichtung bei konstanter Entropie d. h. ohne Wärmeaustausch) nimmt der Druck im Zylinder zu, während das Volumen abnimmt. Isochore Wärmezufuhr (2-3) Das Gemisch beginnt zu verbrennen. Die dabei entstehende Wärmezufuhr (qBV) geschieht bei konstantem Volumen (isochor). Der Druck nimmt dabei zu. Isobare Wärmezufuhr (3-3') Die weitere Wärmezufuhr (qBp) geschieht, wenn sich der Kolben abwärts bewegt (das Volumen nimmt zu), der Druck bleibt konstant (isobar). Isentrope Expansion (3'-4) Der Kolben geht weiter zum unteren Totpunkt. Es findet kein Wärmeaustausch mehr statt. Das Volumen nimmt zu.

Warmezufuhr Selliger-Prozess IOr Dieselmotoren

3-3 ,sobare Wärmezuruhr

3'-4 ,senlrope

p

ExpansIon

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4-1 Isochore

Warmeabluhr

3

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Wärmemenge beIm Gaswcchsel

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Verbrennungs-

warme bei konSlanlem Druck

,,.;

Verbrennungswanne bei

konstanlem Volumen \I

lheoreMelle Arbe,l

Isochore Wärmeabfuhr (4-1) Beim Gaswechsel wird die Restwärme ausgestoßen (qA) . Dies geschieht bei konstantem Volumen (unendlich schnell und vollständig). Damit ist der Ausgangszustand wieder erreicht und ein neuer Arbeitszyklus beginnt.

OT Zylindervolumen

Rea ler Prozess Der reale Prozess kann ebenfalls im p- VDiagramm dargestellt werden (Indikatordiagramm, Bild 2). Die indizierte (erzeugte) Arbeit ist die Fläche in der oberen Kurve (WM). Hierzu muss bei Ladermotoren die Fläche des Gaswechsels (WG ) addiert werden, da die durch den Lader komprimierte Luft den Kolben in Richtung unteren Totpunkt drückt. Auch die Darstellung des Drucks über dem Kurbelwellenwinkel (Bild 3) findet oft Verwendung.

Grundlagen des Dieselmotors

Motorwirkungsgrad

21

Realer Prozess eines aulgeladenen Dieselmotors im p- V.lndikator-Diagramm (aufgenommen mit einem Drucksensor)

Bild 2 AÖ Auslass öffnet AS

pz

Auslass schließt

BB

Bre nnbegInn

EO

Einlass öffnet

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Grundlagen des Dieselmotors

22

Motorwirkungsgrad

Wirkungsgrade

Der Gesamtwirkungsgrad 17e des Dieselmotors ist folgendermaßen definiert: 17e =

We WB

We ist dabei die am Schwungrad effektiv verfügbare Arbeit. WB ist der Energieinhalt des zugeführten Kraftstoffs. Dieser Gesamtwirkungsgrad setzt sich aus einer Reihe von Einzelwirkungsgraden zusammen (Bild 4), die alle Verluste beschreiben: 17e = 17th ' 179 . 17m Theoretischer Wirkungsgrad 11th 17th ist der theoretische Wirkungsgrad des

Seiliger-Prozesses. Er beschreibt die theoretische Arbeit in Bezug zum Energiegehalt des zugeführten Kraftstoffs und liegt für Dieselmotoren bei 42,5 Mf/kg.

Bild 4

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G.e& und Ihrem Ein

Wie bereits beschrieben sind Randbedingung für diesen "idealen Prozess": • ideales Gas, • konstante spezifische Wärme, • unendlich schnelle Wärmezu- und -abfuhr und • keine Strömungsverluste. Verlust!' elOeo Fahrzeug·D.eselrnotors bei Voll/ast

besten W""ung w rden

Wirkungsgrad des HochdruckArbeitsprozesses 119 179 beschreibt den real indizierten Hoch-

druck-Arbeitsprozess in Bezug auf den theoretischen Prozess (Bild 2) . Dieser Wirkungsgrad beinhaltet die Wärme- und Strömungsverluste des realen Gaswechsels. Randbedingung sind: • reales Gas, • Wärmeverluste, • endliche Wärmezufuhr- und -abfuhrgeschwindigkeit und • veränderliche spezifische Wärme. Alle Gemischbildungsparameter haben auf die Verbrennung und somit auf den Gütegrad einen entscheidenden Einfluss. Mechanischer Wirkungsgrad 11m 17m beschreibt die mechanischen Verluste aufgrund von Reibung einschließlich der Nebenaggregate mit Bezug zum indizierten Prozess. Er beschreibt somit den realen Motor. Die Reib- und Antriebsverluste steigen mit der Motordrehzahl an. Die Reibungsverluste setzen sich bei der Nenndrehzahl wie folgt zusammen: • Kolben und Kolbenringe (ca. 50%), • Lager (ca. 20 % ), • Ölpumpe (ca. 10%), • Kühlmittelpumpe (ca. 5%), • Ventiltrieb (ca. 10%), • Einspritzpumpe (ca. 5%).

Ein mechanischer Lader muss ebenfalls hinzugezählt werden.

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Der gegenüber dem konventionellen Ottomotor höhere Gesamtwirkungsgrad des Dieselmotors hat im Wesentlichen drei Gründe: • höheres Verdichtungsverhältnis (damit eine größere Fläche im p- V-IndikatorDiagramm), • hoher Luftüberschuss (mit heterogener innerer Gemischbildung möglich) und • keine Drosselklappe - und damit keine Drosselverluste im Teillastbereich.

Grundlagen des Dieselmotors

Betriebszustände Start Das Starten eines Motors umfasst die Vorgänge: Anlassen, Zünden und Hochlaufen bis zum Selbstlauf. Die im Verdichtungshub erhitzte Luft muss den eingespritzten Kraftstoff zünden (Brennbeginn). Die erforderliche Mindestzündtemperatur für Dieselkraftstoff beträgt ca. 250 oe. Diese Temperatur muss mit genügender Sicherheit bei niedriger Drehzahl und tiefen Außentemperaturen mit kaltem Motor gewährleistet sein. Diesen Bedingungen stehen einige physikalische Gegebenheiten entgegen: • Je niedriger die Motordrehzahl, umso geringer ist der Enddruck der Kompression und dementsprechend auch die Endtemperatur (Bild I) . Die Ursachen für dieses Verhalten sind Leckverluste, die an den Kolbenringspalten zwischen Kolben und Zylinderwand sowie wegen des anfänglich noch nicht ausgebildeten Ölfilms auftreten. Das Maximum der Kompressionstemperatur liegt wegen der Wärmever-

Betriebszustände

23

luste während der Verdichtung um einige Grad vor OT (thermodynamischer Verlustwinkel, Bild 2) . • Bei kaltem Motor ergeben sich Wärmeverluste während des Verdichtungstakts. Bei Kammermotoren (ID!) sind diese Wärmeverluste wegen der größeren Hrennraumoberfläche besonders hoch. • Hinzu kommt, dass die Triebwerkreibungen wegen der höheren Motorölviskosität bei niederen Temperaturen höher sind als bei Betriebstemperatur. • Ferner ist die Starterdrehzahl wegen der bei Kälte absinkenden Batteriespannung besonders niedrig. Um diesen physikalischen Gegebenheiten zu begegnen, bieten sich folgende Maßnahmen an: Kraftstoffanpassung Mit einer Filter- oder direkten Kraftstoffaufheizung (Bild 3, nächste Seite) lassen sich Kraftstofiprobleme vermeiden, die normalerweise bei niederen Temperaturen durch das Ausscheiden von Paraffin-Kristallen auf-

Kompressionsenddruck und ·endtemperatur in Abhängigkeit der Motordrehzahl

Kompressionstemperatur bei Kaltstart abhängig vom Kurbelwellenwinkel

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1

Grundlagen des Dieselmotors

24

Betrieb.zustände

treten. Die Mineralölindustrie stellt außerdem für Kälte geeigneten Kraftstoff zur Verfügung. Das Beimischen von Petroleum oder Normalbenzin ist bei diesen "Winterkraftstoffen" nicht mehr notwendig (siehe Abschnitt "Dieselkraftstoffe"). tarth ilfe y terne Bei Direkteinspritzern (DI) erfolgt die Starthilfe zum Teil durch Vorwärmen der Ansaugluft (Nkw) oder durch Glühstiftkerzen (Pkw) (siehe Kapitel "Stellglieder"). Bei Kammermotoren (IDI) finden ausschließlich Glühstiftkerzen in der Vor- bzw. Wirbelkammer Verwendung. Beide Starthilfesysteme dienen der Verbesserung der Kraftstoffverdampfung und Gemischaufbereitung und somit dem sicheren Entflammen des Luft -Kraftstoff-Gemischs. Glühkerzen, die dem aktuellen technischen Stand entsprechen, benötigen nur eine Vorglühdauer von wenigen Sekunden und ermöglichen so einen schnellen Start (Bild 4). Die niedrigere Nachglühtemperatur der neuesten Glühkerzen-Generation erlaubt

zudem noch längere Nachglühzeiten. Dies reduziert sowohl die Schadstoff- als auch die Geräuschemissionen in der Warmlaufphase des Motors. Ein pritzanpas ung Eine Maßnahme zur Startunterstützung ist die Zugabe einer Kraftstoff-Startmehrmenge zur Kompensation von Kondensations- und Leckverlusten und zur Erhöhung des Motordrehmoments in der Hochlaufphase. Eine weitere Maßnahme ist die Frühverstellung des Einspritzbeginns zum Ausgleich des Zündverzugs und zur Sicherstellung der Zündung im Bereich des oberen Totpunkts, d. h. bei höchster Verdichtungsendtemperatur. Der optimale Spritzbeginn muss mit enger Toleranz möglichst genau erreicht werden. Zu früh eingespritzter Kraftstoff schlägt sich an den kalten Zylinderwänden nieder. Nur sehr wenig davon verdampft, da zu diesem Zeitpunkt die Ladungstemperatur noch zu niedrig ist.

Temperalurverlauf zweier Glühstiftkerzen an ruhender Luft

Dieselheizer zur Kraftstofferwännung

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Grundlagen des Dieselmotors

Bei zu spät eingespritztem Kraftstoff erfolgt die Zündung erst im Expansionshub, und der Kolben wird nur noch wenig beschleunigt. Durch bestmögliche Kraftstoffverteilung und Aufbereitung im Brennraum muss das Einspritzsystem sicherstellen, dass die richtige Tröpfchengröße des Kraftstoffs im Brennraum für eine möglichst "schnelle" und gute Luft-Kraftstoff-Mischung vorhanden ist (siehe auch Kapitel "Grundlagen der Dieseleinspritzung"). Nulliast

Nulllast bezeichnet alle Betriebszustände des Motors, bei denen der Motor nur seine innere Reibung überwindet. Er gibt kein Drehmoment ab. Die FahrpedalsteIlung kann beliebig sein. Alle Drehzahlbereiche bis hin zur Abregeldrehzahl sind möglich. Leerlauf

Leerlauf bezeichnet die unterste Nulllastdrehzahl. Das Fahrpedal ist dabei nicht betätigt. Der Motor gibt kein Drehmoment ab. Er überwindet nur die innere Reibung. In einigen Quellen wird der gesamte Nulllastbereich als Leerlauf bezeichnet. Die obere Nulllastdrehzahl (Abregeldrehzahl) wird dann obere Leerlaufdrehzahl genannt.

Betriebszustände

Teillast

Teillast umfasst alle Bereiche zwischen Nulllast und Volllast. Der Motor gibt ein Drehmoment zwischen Null und dem maximal möglichen Drehmoment ab. Teilla l bei Leerlaufdrehzahl In diesem besonderen Fall hält der Regler die Leerlaufdrehzahl. Der Motor gibt ein Drehmoment ab. Dies kann bis zur Volllast gehen. nlerer Tcilla lbcrcich In diesem Betriebsbereich sind die Verbrauchswerte im Vergleich zum Ottomotor besonders günstig. Das früher beanstandete "nageln" - besonders bei kaltem Motortritt bei Dieselmotoren mit Voreinspritzung kaum mehr auf.

Die Kompressions-Endtemperatur wirdwie im Abschnitt "Start" beschrieben - bei niedriger Drehzahl und kleiner Last geringer. Im Vergleich zur Volllast ist der Brennraum relativ kalt (auch bei betriebswarmem Motor), da die Energiezufuhr und damit der Temperaturanstieg zwangsläufig gering sind. Eine Aufheizung des Brennraums geschieht langsam. Dies trifft speziell für Vor- und Wirbelkammermotoren zu, weil bei diesen die Wärmeverluste aufgrund der großen Oberfläche besonders hoch sind.

Volliast

Bei Volllast ist das Fahrpedal ganz durchgetreten oder der Regler regelt selbstständig bis zur Mengenbegrenzung. Die maximal mögliche Kraftstoffmenge wird eingespritzt und der Motor gibt stationär sein maximal mögliches Drehmoment ab. Instationär (ladedruckbegrenzt) gibt der Motor das mit der zur Verfügung stehenden Luft maximal mögliche (niedrigere) Volllast-Drehmoment ab. Alle Drehzahlbereiche von der Leerlaufdreh zahl bis zur Nenndrehzahl sind möglich.

Bei kleiner Last und bei der Voreinspritzung werden nur wenige mm 3 pro Einspritzung zugemessen. In diesem Fall werden besonders hohe Anforderungen an die Genauigkeit von Einspritzbeginn und Einspritzmenge gestellt. Ähnlich wie beim Start entsteht die höchste Verbrennungstemperatur auch bei Leerlaufdrehzahl nur in einem kleinen Kolbenhubbereich bei OT. Der Spritzbeginn ist hierauf sehr genau abgestimmt. Während der Zündverzugsphase darf nur wenig Kraftstoff eingespritzt werden, da zum Zündzeitpunkt die im Brennraum vorhandene Kraftstoffmenge über den plötzlichen Druckanstieg im Zylinder entschei-

25

26

Grundlagen des Dieselmotors

Betriebszustände

det. Das Verbrennungsgeräusch hängt direkt vom Druckanstieg ab. Je höher dieser ist, umso deutlicher ist das Geräusch wahrnehmbar. Eine Voreinspritzung von ca. I mm 3 macht den Zündverzug der Haupteinspritzung fast zu Null und verringert damit wesentlich das Verbrennungsgeräusch (siehe Kapitel "Grundlagen der Dieseleinspritzung"). Schubbetrieb

Im Schubbetrieb wir der Motor von außen über den Triebstrang angetrieben (z. B. bei Bergabfahrt). Stationärer Betrieb

Das vom Motor abgegebene Drehmoment entspricht dem erforderlichen Drehmoment. Die Drehzahl bleibt stabil.

Übergang zwischen den Betriebszuständen

Das Verhalten eines Motors kann mit Kennfeldern beschrieben werden. Ändern sich z. B. die Last, die Motordrehzahl oder die FahrpedalsteIlung, verändert der Motor seinen Betriebszustand (z. B. Motordrehzahl, Drehmoment). Das Kennfeld in Bild 5 zeigt an einem Beispiel, wie sich die Motordrehzahl ändert, wenn die FahrpedalsteIlung von 40 % auf 70 % verändert wird. Ausgehend vom Betriebspunkt A wird bei diesem FahrpedalKennfeld über die Volllast (B-C) der neue Teillast-Betriebspunkt D erreicht. Dort ist der Leistungsbedarf und die vom Motor abgegebene Leistung gleich. Die Drehzahl hat sich von nA auf no erhöht.

Instationärer Betrieb

Das vom Motor abgegebene Drehmoment entspricht nicht dem erforderlichen Drehmoment. Die Drehzahl verändert sich.

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Grundlagen des Dieselmotors

Betriebsbedingungen Die Betriebsbedingungen eines Dieselmotors beruhen auf verschiedenen verfahrenstypischen Zusammenhängen: Der Kraftstoff wird beim Dieselmotor direkt in die hochverdichtete, heiße Luft eingespritzt, an der er sich selbst entzündet. Der Dieselmotor ist daher und wegen des heterogenen LUft- Kraftstoff-Gemischs - im Gegensatz zum Ottomotor - nicht an Zündgrenzen (d. h. bestimmte Luftzahlen A) gebunden. Deshalb wird bei vorhandener konstanter Luftmenge im Motorzylinder nur die Kraftstoffmenge geregelt. Dem Einspritzsystem kommt damit eine entscheidende Bedeutung für die Motorfunktion zu. Es muss die Dosierung des Kraftstoffs und die "gleichmäßige" Verteilung in der ganzen Ladung übernehmen und dies bei allen Drehzahlen sowie Lasten. Außerdem muss der Zustand der Ansaugluft hinsichtlich Druck und Temperatur mit berücksichtigt werden. Jeder Betriebspunkt benötigt somit • die richtige Kraftstoffmenge,

• • • •

27

Betriebsbedingungen

zur richtigen Zeit, mit dem richtigen Druck, im richtigen zeitlichen Verlauf und an der richtigen Stelle des Brennraums.

Bei der Kraftstoffdosierung müssen häufig zusätzlich zu den Forderungen für die optimale Gemischbildung noch motor- bzw. fahrzeugbedingte Betriebsgrenzen berücksichtigt werden, wie zum Beispiel: • Schadstoffgrenzen (z. B. Rauchgrenze), • Verbrennungsdruckgrenze, • Abgastemperaturgrenze, • Drehzahl- und Drehmomentgrenze des Motors und • fahrzeug- bzw. gehäusespezifische Belastungsgrenzen. Partikelemission/Rauchgrenze

Der Gesetzgeber schreibt Grenzen für die Partikelemissionen und die maximale Abgastrübung vor. Diese sind je nach Fahrzeugklasse (z. B. Pkw, Nkw) und Staat verschieden. Während beim Pkw nur der untere Lastbereich zertifiziert ist, wird beim Nkw fast der gesamte Bereich betrachtet.

Vergleich des leistungs· und Drehmomentverlauls zwischen Otto· und Dieselmotor mit ähnlicher Nennleistung

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10. Diese Luftzahlen stellen die Werte der gesamten Luft- und Kraftstoffmasse im Zylinder dar. Für die Selbstzündung und die Schadstoffbildung sind ganz wesentlich die lokalen Lambda-Werte verantwortlich. Der Dieselmotor arbeitet mit heterogener innerer Gemischbildung und Selbstzündung. Eine vollständig homogene Vermischung des eingespritzten Kraftstoffs mit der Luft ist vor oder während der Verbrennung nicht möglich. Die Selbstzündung erfolgt wenige Grad Kurbelwellenwinkel nach dem Einspritzbeginn (Zündverzug). Beim heterogenen Gemisch des Dieselmotors überdecken die lokalen Luftzahlen alle Werte von A = 0 (reiner Kraftstoff) im Strahlkern nahe der Düsenmündung bis zu A = 00 (reine Luft) in der Strahlaußenzone. Bei der näheren Betrachtung eines einzelnen flüssigen Tropfens treten in der Tropfenｖ･ｾ｡ｵｦ＠ des Luft·Kraftstoffverh Itnisses am ruhenden Einzeftropfen

57

Gemischverteilung

rand zone (Dampfhülle) lokale, zündfähige Lambda-Werte von 0,3 ... 1,5 auf (Bilder 2 und 3). Daraus lässt sich ableiten, dass durch gute Zerstäubung (viele kleine Tröpfchen), hohen Gesamtluftüberschuss und "dosierte" Ladungsbewegung viele lokale Zonen mit mageren, zündfähigen Lambda-Werten entstehen. Dies bewirkt, dass bei der Verbrennung weniger Ruß und prinzipiell auch weniger NOx entsteht. Die gute Zerstäubung wird durch hohe Einspritzdrücke erreicht (derzeit maximal mehr als 2000 bar). Dadurch entsteht eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftstoffstrahl und der Luft im Zylinder, die so den Kraftstoffstrahl "zerreißt". Mit Rücksicht auf ein geringes Motorgewicht und die Kosten des Motors soll möglichst viel Leistung aus einem vorgegebenen Hubraum gewonnen werden. Der Motor "muss" dafür bei hoher Last mit "geringem" Luftüberschuss laufen. Geringer Luftüberschuss erhöht die Emissionen. Sie sind deshalb zu begrenzen, d. h. die Kraftstoffmenge muss bei der verfügbaren Luftmenge und abhängig von der Drehzahl des Motors genau dosiert werden. Niederer Luftdruck (z. B. in großer Höhe) erfordert ebenfalls ein Anpassen der Kraftstoffmenge an das geringere Luftangebot. Verlauf des Luft·Kraftstoffverhältnisses am bewegten Einzeltropfen

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58

Grundlagen der Dieseleinspritzung

Einspritz- und Förderbeginn

Einspritz- und Förderbeginn Einspritzbeginn

Der Beginn der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum beeinflusst wesentlich den Beginn der Verbrennung des Luft-KraftstoffGemischs und damit die Emissionen, den Kraftstoffverbrauch und das Verbrennungsgeräusch. Deshalb kommt dem Einspritzbeginn, auch "Spritzbeginn" (SB) genannt, für das optimale Motorverhalten große Bedeutung zu. Der Einspritz- bzw. Spritzbeginn gibt den Kurbelwellenwinkel in Bezug auf den oberen Totpunkt des Motorkolbens (OT) an, bei dem die Einspritzdüse öffnet und den Kraftstoff in den Brennraum des Dieselmotors einspritzt. Die momentane Lage des Kolbens zum oberen Totpunkt des Kolbens beeinflusst, neben der Form des Einlasskanals, die Bewegung der Luft im Brennraum sowie deren

Dichte und Temperatur. Demnach hängt die Mischungsqualität des Gemischs aus Luft und Kraftstoff auch vom Einspritzbeginn ab. Der Einspritzbeginn nimmt somit Einfluss auf Emissionen wie Ruß, einem Produkt unvollständiger Verbrennung, Stickoxide (NOx), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Die Sollwerte für den Einspritzbeginn sind je nach Motorlast verschieden (Bild 1). Dies erfordert eine lastabhängige Spritzbeginnverstellung. Diese Daten werden für jeden Motor ermittelt und in einem Motorenkennfeld gespeichert. Dieses Kennfeld definiert die Einspritzbeginne in Abhängigkeit von Last, Drehzahl und Temperatur des Motors. Dabei werden der Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoff- und Geräuschemissionen bei vorgegebener Leistung berücksichtigt (Bild 2) .

Streubänder der NOx- und HC·Emissionen in Abhängigkeit vom Spritzbeginn bei einem Nkw ohne AbgasNckfOhrung Ｅ

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Spritzbeginnkennfeld in Abhängigkeit von Drehzahl und last filr einen Pkw-Motor bei Kaltstart und Betriebstemperatur (Beispiel) ｋｗ

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Grundlagen der Dieseleinspritzung

67

Einspritzdruck, Einspritzrichlung und Anzahl der EinspritzsIrahlen

Der Kraftstoff wird beim DirekteinspritzVerfahren mit hohem Druck in den Brennraum eingespritzt. Mit Einspritzdrücken bis etwa 2000 bar lässt sich die Rauch- und Partikelemission stark vermindern. Systeme für Pkw erzeugen derzeit bei Volllast Spitzen drücke von 1000... 2050 bar und für Nkw 1000 ... 1800 bar. Der Spitzendruck steht jedoch nur im oberen Drehzahlbereich zur Verfügung (außer Common Rail). Insgesamt ist für einen günstigen Drehmomentverlaufbei gleichzeitig raucharmem Betrieb ein hoher Einspritzdruck bei niedrigen Volllastdrehzahlen entscheidend. Die Zielwerte bei maximalem Drehmoment liegen unter diesen Voraussetzungen für Pkw und Nkw bei 800 ... 1400 bar, Kammermotoren (lOJ)

Kammermotoren, bei denen der ansteigende Verbrennungsdruck die Ladung aus der Kammer "treibt", arbeiten mit hohen Luftgeschwindigkeiten im Nebenbrennraum und im Verbindungskanal zwischen Nebenbrennraum und Hauptbrennraum. Bei diesem Verfahren werden mit Einspritzdrücken über ca. 450 bar keine Vorteile erreicht.

Einspritzrichtung und Anzahl der Einspritzstrahlen Motoren mit Oirekteinspritzung

Dieselmotoren mit direkter Einspritzung arbeiten im Allgemeinen mit möglichst zentral angeordneten Lochdüsen mit 4 bis 10 Spritzlöchern (meist 6... 8 Löcher, siehe Kapitel "Einspritzdüsen"), Die Einspritzrichtung ist sehr genau an den Brennraum angepasst. Abweichungen in der Größenordnung von 2 Grad von der optimalen Einspritzrichtung führen zu einer messbaren Erhöhung der Schwarzrauchemission und des Kraftstoffverbrauchs. Kammermotoren

Kammermotoren arbeiten mit Zapfendüsen mit nur einem Einspritzstrahl. Die Düse spritzt in die Vor- bzw. Wirbelkammer so ein, dass die Glühstiftkerze vom Einspritzstrahl tangiert wird. Die Strahlrichtung ist genau auf den Brennraum abgestimmt. Abweichungen davon führen zu einer schlechteren Ausnutzung der Verbrennungsluft und damit zu einem Anstieg von Schwarzrauch und Kohlenwasserstoffemission.

Einfluss der wichligslen Einspritzparameier

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68

Diesel-Einspritzsysteme im Überblick

Anforderungen

Diesel-Einspritzsysteme im Überblick Dieselmotoren zeichnen sich durch ihre hohe Wirtschaftlichkeit aus. Seit dem Produktionsbeginn der ersten SerienEinspritzpumpe von Bosch im Jahre 1927 wurden die Einspritzsysteme ständig weiterentwickelt. Dieselmotoren werden in vielfältigen Ausführungen eingesetzt (Bild 1 und Tabelle 1), z.B.als • Antrieb für mobile Stromerzeuger (bis ca. 10 kW/Zylinder), • schnell laufende Motoren für Pkw und leichte Nkw (bis ca. 50 kW/Zylinder), • Motoren für Bau-, Land- und Forstwirtschaft (bis ca. 50 kW/Zylinder), • Motoren für schwere Nkw, Busse und Schlepper (bis ca. 80 kW/Zylinder), • Stationärmotoren, z. B. für Notstromaggregate (bis ca. 160 kW/Zylinder), • Motoren für Lokomotiven und Schiffe (bis zu 1000 kW/Zylinder).

Anforderungen Schärfer werdende Vorschriften für Abgasund Geräuschemissionen und der Wunsch nach niedrigerem Kraftstoffverbrauch stellen immer neue Anforderungen an die Einspritzanlage eines Dieselmotors. Grundsätzlich muss die Einspritzanlage den Kraftstoff für eine gute Gemischaufbereitung je nach Diesel-Verbrennungsverfahren (Direkt- oder Indirekteinspritzung) und Betriebszustand mit hohem Druck (heute zwischen 350 und 2050 bar) in den Brennraum des Dieselmotors einspritzen und dabei die Einspritzmenge mit der größtmöglichen Genauigkeit dosieren. Die Last- und Drehzahlregelung des Dieselmotors wird über die Kraftstoffmenge ohne Drosselung der Ansaugluft vorgenommen. Die mechanische Regelung für Diesel-Einspritzsysteme wird zunehmend durch die Elektronische Dieselregelung EDC verdrängt. Im Pkw und Nkw werden die neuen Dieseleinspritzsysteme ausschließlich durch EDC geregelt.

Anwendungsgebiete der Bosch·Diesel·Einspritzsysteme

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Kraftstoffversorgung

Dieselkraftstofffilter

Nutscheibe und den Kraftstoffdruck werden die Rollen gegen die außen liegende Rollenbahn und die treibenden Flanken der Nuten gedrückt. Die Rollen wirken dabei als umlaufende Dichtungen. So bildet sich zwischen je zwei Rollen der Nutscheibe und der Rollenlaufbahn eine Kammer. Die Pumpwirkung kommt dadurch zustande, dass sich das Kammervolumen nach Abschließen der nierenförmigen Zulauföffnung (1) kontinuierlich verkleinert.

Die Zahnradkraftstoffpumpe (Bild 3) wird zur Versorgung der Einspritzmodule der Einzelpumpensysteme (Nkw) und des Common Rail Systems (Pkw, Nkw und Geländefahrzeuge) eingesetzt. Sie ist direkt am Motor befestigt oder ist in der Common Rail Hochdruckpumpe integriert. Der Antrieb erfolgt über Kupplung, Zahnrad oder Zahnriemen.

Elektromotor (Bild 1, Pos. B) Der Elektromotor besteht aus einem Permanentmagnetsystem und einem Anker (2). Seine Auslegung hängt von der gewünschten Fördermenge bei gegebenem System druck ab. Der Elektromotor wird ständig vom Kraftstoff um strömt und damit fortwährend gekühlt. Dadurch lässt sich eine hohe Motorleistung ohne aufwändige Dichtelemente zwischen Pumpenelement und Elektromotor erzielen.

Die wesentlichen Bauelemente sind zwei miteinander kämmende, gegenläufig drehende Zahnräder, die den Kraftstoff in den Zahnlücken von der Saugseite (1) zur Druckseite (3) fördern. Die Berührungslinie der Zahnräder dichtet zwischen Saugseite und Druckseite ab und verhindert, dass der Kraftstoff zurückfließen kann. Die Fördermenge ist annähernd proportional zur Motordrehzahl. Deshalb erfolgt eine Mengenregelung entweder durch Drosselregelung auf der Saugseite oder durch ein Überströmventil auf der Druckseite.

An chlu deckel (Bild I, Pos. C) Der Anschlussdeckel enthält die elektrischen Anschlüsse und den druckseitigen hydraulischen Anschluss. Ein Rückschlagventil (6) verhindert, dass sich die Kraftstoffleitungen nach dem Abschalten der Kraftstoffpumpe entleeren. Zusätzlich können im Anschlussdeckel Entstörmittel integriert sein. Rollenzellenpumpe (Schema)

2

3

79

Zahnrad kraftstoffpumpe

Die Zahnradkraftstoffpumpe arbeitet wartungsfrei. Zur Entlüftung des Kraftstoffsystems beim Erststart oder nach dem leer fahren des Kraftstoffbehälters kann eine Handpumpe entweder direkt an die Zahnradkraftstoffpumpe oder an die Niederdruckleitung angebaut sein. Zahnradkraftstoffpumpe (Schema)

4

Bild 2 1 Saugseite (Zulauf) 2 Nutscheibe 3 Rolle 4 Grundplatte

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5 Druckseite

Bild 3 1 Saugse,te 2 Antnebszahnrad 3 Druckseite

80

Kraftsloffversorgung

Kraftstoffpumpe, Verteilellohr

Sperrflügelpumpe

Bei der Sperrflügelpumpe (Bild 4) für das UIS bei Pkw pressen Federn (3) zwei Sperrflügel (4) gegen einen Rotor (1). Dreht sich der Rotor, vergrößert sich das Volumen auf der Saugseite (2) und Kraftstoff wird in zwei Kammern angesaugt. Auf der Druckseite (5) verkleinert sich das Volumen, und der Kraftstoff wird aus zwei Kammern gefördert. Die Sperrflügelpumpe fördert schon bei sehr geringen Drehzahlen. Tandempumpe

Die Tandemkraftstoffpumpe für das UIS bei Pkw ist eine Baueinheit aus Kraftstoffpumpe (Bild 5) und Vakuumpumpe für den Bremskraftverstärker. Sie ist am Zylinderkopf des Motors angebracht und wird von der Motornockenwelle angetrieben. Die Kraftstoffpumpe selbst ist eine Sperrflügel- oder Zahnradpumpe (3). Dadurch liefert sie auch schon bei geringer Motordrehzahl (Startdrehzahl) eine ausreichend große Fördermenge für einen sicheren Start. In der Kraftstoffpumpe sind verschiedene Ventile und Drosseln integriert:

Bild 4 1

Rotor

2

Saugse,te (Zulauf)

3

Feder

4 5

Sperrflügel

Saugdrossel (6): Die Fördermenge der Pumpe ist weitgehend proportional zur Drehzahl. Die Saugdrossel begrenzt die maximale Fördermenge, sodass nicht zu viel Kraftstoff gefördert wird.

DruckseIte Sperrllügelpumpe (Schema)

Drosselbohrung (4): Dampfblasen im Kraftstoff-Vorlauf werden über die Drosselbohrung in den Kraftstoff-Rücklauf (1) abgeschieden. Bypass (12): Ist Luft im Kraftstoffsystem (z. B. nach leer gefahrenem Kraftstoffbehälter) bleibt das Niederdruck-Druckregelventil geschlossen. Die Luft wird vom nachfließendem Kraftstoff über den Bypass aus dem System gedrückt. Eine günstige Kanalführung in der Pumpe sorgt dafür, dass die Zahnräder auch bei leer gefahrenem Kraftstoffbehälter nicht trocken laufen. Dadurch kann bei Neustart Kraftstoff angesaugt werden. An der Kraftstoffpumpe befindet sich ein Anschluss, mit dem der Kraftstoffdruck im Vorlauf überprüft werden kann (8).

Verteilerrohr Beim UIS für Pkw verteilt ein Verteilerrohr den Kraftstoff gleichmäßig und mit gleicher Temperatur an die Injektoren, sodass ein runder Motorlauf gewährleistet ist. Über Bohrungen vermischt sich dabei der zum Injektor fließende Kraftstoff mit dem zurückfließenden Kraftstoff. Kraflsloffpumpe in einer Tandempumpe

5

Bild 5

Überdruckventil (7): Das Überdruckventil begrenzt den maximalen Druck im Hochdruckteil.

1 Rücklauf, Tank

2 Zulaul, Tank 3 Pumpenelement (Zahnrad) 4 Drosselbohrung

5 Filter

4

6 Saugdrossel 7 Uberdruckventil B Anschluss für Druck·

2

,. l:? ;
Q

8

Kraftstoffversorgung

NiederdruckDruckregelventil

Niederdruck-Druckregelventil. Steuergerälekühler. Kraftstoffkühler

BI

Steuerge rätekü hIer

Das Druckregelventil (auch Überströmventil genannt, Bild 1) ist im Kraftstoffrücklauf eingebaut. Es sorgt unter allen Betriebszuständen für einen ausreichenden Betriebsdruck im Niederdruckteil der Einzeleinspritzsysteme urs und ups und damit für eine gleichmäßig gute Befüllung der Pumpen. Der Speicherkolben (5) öffnet bei einem "Aufreißdruck" von ca. 300 ... 350 kPa (3 ... 3,5 bar). Der Kegelsitz (7) gibt das Speichervolumen (6) frei. Durch die Spaltdichtung (4) kann nur wenig Leckkraftstoff abfließen. Je nach Kraftstoffdruck wird die Druckfeder (3) mehr oder weniger zusammengedrückt. Dadurch ändert sich das Speichervolumen und kleine Druckschwankungen können ausgeglichen werden. Bei einem Öffnungsdruck von 400 .. .450 kPa (4 .. .4,5 bar) öffnet auch die Spaltdichtung. An dieser Stelle steigt die Durchflussmenge stark an. Das Ventil schließt, wenn der Kraftstoffdruck sinkt. Für die Voreinstellung des Öffnungsdrucks gibt es für unterschiedliche Systemanforderungen zwei unterschiedliche Schrauben (2) mit verschieden gestufter Federauflage.

UIS und UPS für Nkw benötigen einen Steuergerätekühler, wenn das Steuergerät direkt am Motor eingebaut ist. Der Kraftstoff dient als Kühlmedium. Er fließt durch Kühlkanäle am Steuergerät vorbei und nimmt Wärme von der Elektronik auf.

Kraftstoffkühler Durch den hohen Druck im Injektor des UIS für Pkw und einiger Common Rail Systeme erwärmt sich der Kraftstoff so stark, dass er vor dem Zurückfließen zum Schutz von Kraftstoffbehälter und Füllstandsensor abgekühlt werden muss. Der vom Injektor zurückfließende Kraftstoff fließt durch den Kraftstoffkühler (Wärmetauscher, Bild 2, Pos. 3) und gibt Wärmeenergie an das Kühlmittel im Kraftstoffkühlkreislauf ab. Dieser ist vom Motorkühlkreislauf (6) getrennt, weil die Temperatur des Kühlmittels bei betriebswarmem Motor zu hoch ist, um den Kraftstoff abzukühlen. In der Nähe des Ausgleichbehälters (5) ist der Kraftstoffkühlkreislauf mit dem Motorkühlkreislauf verbunden, damit er befüllt und Volumenänderungen durch Temperaturschwankungen ausgeglichen werden können. Der Anschluss ist so gewählt, dass der Kraftstoffkühlkreislauf nicht durch den wärmeren Motorkühlkreislauf beeinträchtigt wird.

Bild 1 1 Venillkörper 2 Schraube

Druckregelventil für das UIS und UPS (StahlkolbenSpeichervenlil)

3 Druckfeder KraflsloffkOhlkreislau'

4 Spalld,chtung 5 Speicherkolben 6

Speichervolumen

7 KegelsItz

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2

3

4 5

6

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Bild 2

1 Kraftstoffpumpe 2 Kraftstofttemperalur· sensor >-

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ｾ＠

3 KraftstoffkOhler 4 Kraftsloffbehäller 5 Ausgle,chsbehälter 6 Motorkühlkre,slauf

7 KUhlm,Uelpumpe B Z usatzkOhler

82

Kraftstoffversorgung

Zusatzventile für Reiheneinspritzpumpen

Zusatzventile für Reiheneinspritzpumpen Neben dem Überströmventil verfügen elektronisch geregelte Reiheneinspritzpumpen noch über ein Elektrisches Abstellventil ELAB oder eine Elektro-Hydraulische Abstellvorrichtung EHAB. Überströmventil

Bild 1

I Verschlusskugel 2 Federteller

3 Drchlschelbe 4 Venhlfeder

5 Veohlkugel 6 Veol.ls." 7 Hohlschrauben· Gehäuse

Das Überströmventil ist am Ausgang zum Kraftstoffrücklauf angebracht. Es öffnet ab einem auf die Einspritzpumpe abgestimmten Druck (2 ... 3 bar) und hält so den Druck im Saugraum konstant. Eine Ventilfeder (Bild 1, Pos. 4) drückt die Ventilkugel (5) über einen Federteller (2) gegen den Ventilsitz (6). Der ansteigende Druck Pi in der Einspritzpumpe drückt die Ventilkugel zurück und öffnet das Ventil. Fällt der Druck, schließt das Ventil wieder. Die Kugel muss bis zum vollständigen Öffnen des Ventils einen Weg zurücklegen. Das so entstehende Speichervolumen gleicht schnelle Druckschwankungen aus, was sich auch positiv auf die Lebensdauer des Ventils auswirkt.

B Kraflsloflrticklauf

p, PumpenInnenraum-

Überströmvenlil

Elektrisches Abstellventil ELAB

Das Elektrische Abstellventil ELAB wirkt als redundante (d. h. zusätzliche) Sicherheitseinrichtung. Dieses 2/2-Wege-Magnetventil ist am Kraftstoffzulauf der Reiheneinspritzpumpe eingeschraubt (Bild 2). Im stromlosen Zustand unterbricht es die Kraftstoffzufuhr zum Pumpeninnenraum. Damit kann die Einspritzpumpe auch bei defektem Stellwerk keinen Kraftstoff mehr einspritzen und ein Durchgehen des Motors wird verhindert. Das Motorsteuergerät schaltet das ELAB ab, wenn es eine bleibende Regelabweichung erkennt bzw. wenn im Steuergerät ein Fehler im Mengenrechner erkannt wird. In eingeschaltetem Zustand (d. h. bei Klemme 15 "Zündung Ein") zieht der vom Strom durchflossene Elektromagnet (Bild 2, Pos. 3) den Magnetanker (4) an (12 oder 24 V, Hub ca. 1,1 mm). Der am Anker befestigte Dichtkegel (7) öffnet die Verbindung zur Zulaufbohrung (9). Beim Abschalten mit dem Start-Stopp-Schalter ("Zündschlüssel") wird die Magnetspule stromlos. Das Magnetfeld bricht zusammen und die Druckfeder (5) drückt den Anker mit Dichtkegel auf den Ventilsitz zurück. EIekinsehe. Abstellventil ELAB

druck

Bild 2 I eiekinscher

2345678

Anschluss zum Molorsteuergerät

2 Gehäuse des Magne tvenlds

3 Magoelspule 4 Mag oe laoker

5 Druckfeder 6 Krahsloffzulauf 7 D.chlkegel aus Kunststoff

8 Drossel zur Enllllflung

9 Zulau fbohrung . ur Pumpe

10 Anschluss fUr Uberströmventll 11 G ehäuse (M asse) 12 Anschraubaugen

11

12

Kraftstoffversorgung

Elektro-Hydraulische Abstellvorrichtung EHAB

Die Elektro-Hydraulische Abstellvorrichtung EHAB dient zur Sicherheitsabschaltung bei Einspritzpumpen mit vergleichsweise hohen Innenraumdrücken. Für diese Einspritzpumpen reicht die Funktion des ELAB nicht mehr aus. Bei hohem Innenraumdruck kann es ohne besondere Maßnahmen bis zu 10 s dauern, bis der Druck so weit absinkt, dass kein Kraftstoff mehr eingespritzt wird. Deshalb sorgt die Elektro-Hydraulische Abstellvorrichtung dafür, dass Kraftstoff von der Vorförderpumpe aus der Einspritzpumpe gefördert wird. Auf diese Weise bricht der Pumpeninnenraumdruck beim Abschalten wesentlich schneller zusammen und der Motor kommt spätestens innerhalb von maximal 2 s zum stehen. Die ElektroHydraulische Abstellvorrichtung ist direkt an die Einspritzpumpe montiert. In das EHAB-Gehäuse ist zusätzlich ein Kraftstofftemperatursensor für die elektronische Dieselregelung integriert (Bild 3, Pos. 8). Betrieb teilung (Bild 3a) Sobald das Motorsteuergerät die EHAB einschaltet (,,zündung Ein"), zieht der Elektromagnet (6) den Magnetanker (5) nach rechts (Betriebsspannung 12 V). Kraftstoff kann vom Kraftstoffbehälter (10) über den Wärmetauscher zur Kraftstoffvorwärmung beim Kaltstart (11) und das Vorfilter (3) in den Anschluss A fließen. Von dort gelangt er durch das rechte Ventil am Magnetanker vorbei zum Anschluss B. Dieser führt zur Vorförderpumpe (1), die den Kraftstoff über das Hauptkraftstofffilter (2) zum Anschluss C des EHAB fördert. Über das geöffnete linke Ventil fließt er dann zum Anschluss D und schließlich zur Einspritzpumpe (12). Leersaugen (Bild 3b) Bei ausgeschalteter Zündung drückt die Ventilfeder (7) den Magnetanker nach links zurück. Die Saugseite der Vorförderpumpe ist nun direkt mit dem Eingang der Einspritzpumpe verbunden, sodass sie den Kraftstoff aus dem Saugraum in den Kraft-

83

Zusatzventile für Reiheneinspritzpumpen

stoffbehälter zurück fördert. Das rechte Ventil verbindet Vor- und Hauptkraftstofffilter, und der Kraftstoff kann zurückfließen. Beispiel einer Kraftstoffversorgung mit Eleklro·Hydraulischer Abstellvorrichlung EHAB

a

2

3

b

Bi ld 3 a Belnebsslellung b leersaugenl NOlabslcllung 1 Vorförderpumpe 2 Haupikraflsloflfllle, 3 Vorfiller 4 EHAB 5 Magnelanker 6 Eleklromagnel ., Venllifeder 8 Kraftslofltemperalur· sensor 9 Motorsleuergerät

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11 Wärmelauscher

12 Einspnupumpe

A. .. D AnschlOsse

84

Syslemübersichl der Reiheneinsprilzpumpen

Anwendungsgebiete, Ausführungen

Systemübersicht der Reiheneinspritzpumpen Kein anderes Einspritzsystem wird so vielseitig verwendet wie die Reiheneinspritzpumpen - der "Klassiker der Dieseleinspritztechnik". Dieses System wurde ständig weiterentwickelt und an das entsprechende Einsatzgebiet angepasst. Deshalb werden auch heute noch zahlreiche Varianten eingesetzt. Die besondere Stärke dieser Pumpen ist ihre Robustheit und Wartungsfreundlichkeit.

Anwendungsgebiete Die Einspritzanlage versorgt den Dieselmotor mit Kraftstoff. Dazu erzeugt die Einspritzpumpe den zum Einspritzen benötigten Druck und stellt die gewünschte Kraftstoffmenge zur Verfügung. Der Kraftstoff wird über die Hochdruckleitung zur Einspritzdüse gefördert und in den Brennraum des Motors eingespritzt. Die Verbrennungsvorgänge im Dieselmotor hängen in entscheidendem Maße davon ab, in welcher Menge und auf welche Weise der Kraftstoff dem Brennraum zugeführt wird. Die wichtigsten Kriterien sind hierbei: • der Zeitpunkt und die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung, • die Kraftstoffverteilung im Brennraum, • der Zeitpunkt des Verbrennungs beginns, • die zugeführte Kraftstoffmenge je Grad Kurbelwellenwinkel und • die Gesamtmenge des zugeführten Kraftstoffs entsprechend der gewünschten Motorleistung. Die Reiheneinspritzpumpe wird in mittleren und schweren Nkw-Motoren und entsprechenden Schiffs- und Stationärmotoren weltweit eingesetzt. Ihre Steuerung erfolgt entweder über einen mechanischen Drehzahlregler und einen fallweise angebauten Spritzversteller oder ein elektronisches Stellwerk (Tabelle 1, nächste Doppelseite). Im Gegensatz zu allen anderen Einspritzsystemen wird die Reiheneinspritzpumpe über den Motorölkreislauf geschmiert. Deshalb kommt sie auch mit minderen Kraftstoffqualitäten zurecht.

Ausführungen Standard-Reiheneinspritzpumpe

Das derzeitig produzierte Spektrum der Standard -Reiheneinspritzpumpen umfasst zahlreiche Pumpentypen (siehe Tabelle 1, nächste Doppelseite). Sie werden für Dieselmotoren mit 2 ... 12 Zylindern eingesetzt und decken damit einen Motorleistungsbereich von 10 bis 200 kW pro Zylinder ab (siehe auch Tabelle 1 im Kapitel "DieselEinspritzsysteme im Überblick") . Diese Reiheneinspritzpumpen finden sowohl für direkteinspritzende Motoren (DI) als auch für Kammermotoren (IDI) Verwendung. Je nach Einspritzdruck, Einspritzmenge und Einspritzdauer stehen folgende Ausführungen zur Verfügung: • M für 4 ... 6 Zylinder bis 550 bar, • A für 2 ... 12 Zylinder bis 750 bar, • P3000 für 4 ... 12 Zylinder bis 950 bar, • P7100 für 4 ... 12 Zylinder bis 1200 bar, • PSOOO für 6 ... 12 Zylinder bis 1300 bar, • PS500 für 4 ... 12 Zylinder bis 1300 bar, • R für 4 ... 12 Zylinder bis 1150 bar, • PI 0 für 6 ... 12 Zylinder bis 1200 bar, • ZW(M) für 4 ... 12 Zylinder bis 950 bar, • P9 für 6 ... 12 Zylinder bis 1200 bar und • CW für 6 ... 10 Zylinder bis 1000 bar. Im Nutzfahrzeugbereich wird hauptsächlich der Typ Peingebaut. Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe

Zu den Reiheneinspritzpumpen zählt auch die Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe (Typbezeichnung H), bei der außer der Fördermenge auch der Förderbeginn verändert werden kann. Die "H-Pumpe" wird mit einem elektronischen Regler RE gesteuert, der zwei Stellwerke besitzt. Dieses System ermöglicht die Regelung von Spritzbeginn und Einspritzmenge mithilfe von zwei Regelstangen und macht damit den automatischen Spritzversteller überflüssig. Folgende Ausführungen stehen zur Verfügung: • H 1 für 6 ... S Zylinder bis 1300 bar und • H 1000 für 5 ... S Zylinder bis 1350 bar.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Systemübersicht der Reiheneinspritzpumpen

Aufbau

Regelung

Zur kompletten Diesel-Einspritzanlage (Bilder 1 und 2) gehören neben der Reiheneinspritzpumpe: • eine Kraftstoffvorförderpumpe zum Ansaugen und Fördern des Kraftstoffs vom Kraftstoffbehälter üher das Kraftstofffilter und die Kraftstoffleitung zur Einspritzpumpe, • eine mechanische oder elektronische Regelung für die Motordrehzahl und die einzuspritzende Kraftstoffmenge, • ein Spritzversteller (bei Bedarf) zur drehzahlabhängigen Verstellung des Förderbeginns, • eine der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Hochdruck-Kraftstoffleitungen und • Düsenhalterkombinationen.

Für die Einhaltung der Betriebsbedingungen sorgen Einspritzpumpe und Regler, der auf die Regelstange der Einspritzpumpe einwirkt. Das Drehmoment des Motors ist näherungsweise proportional der Menge des pro Kolbenhub eingespritzten Kraftstoffs.

Für die einwandfreie Funktion des Dieselmotors müssen alle Komponenten der Anlage aufeinander abgestimmt sein.

85

Aufbau. Regelung

Mechanische Regler

Der mechanische Regler für Reiheneinspritzpumpen wird auch Fliehkraftregler genannt. Er ist über ein Gestänge und den Verstellhebel mit dem Fahrpedal verbunden. Ausgangsseitig betätigt er die Regelstange der Pumpe. Vom Regler werden je nach Einsatzbereich verschiedene Regelkennfelder gefordert: • Der Enddrehzahlregler RQ begrenzt die Höchstdrehzahl. • Die Leerlauf-Enddrehzahlregler RQ und RQU regeln außer der Enddrehzahl auch die Leerlaufdrehzahl.

Einspritzsystem mit mechanisch geregelter Standard·Reiheneinspritzpumpe

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Bild 1 1 Kraftstoffbehälter 2 Kraftstofffilter mit

Uberströmventil

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(Optoon)

8

3 SpntzverStelier 4 Relhenelnspntz· pumpe 5 Kraftstoffvorförder· pumpe (an die Ein· sPritzpumpe ange· baut) 6 Orehzahlregler 7 Fahrpedal 8 Hochdruck·Kraft· slofllellung 9 Ousenhalter·

kombination 10 Kraftstoflrtlckle.lung 11 Glühs11ftkerze GSK

+

12 Glilhze.lsleuergerät GZS

13

BOSCH

15

13 Ballene 14 GIOh·Start·Schälter ("Zündschloss") 15 Oieselmotor (1 0 1)

86

Systemübersieht der Reiheneinspritzpumpen

Regelung

• Die Alldrehzahlregler RQV, RQUV, RQV..K, RSV und RSUV regeln zusätzlich auch die dazwischen liegenden Drehzahlbereiche. Spritzversteller

Bild 2 1 KrahstoHbehälter 2 Krahstofffilter 3 EI"ktnsehes Abstellventil ELAB 4 Re,henelnSpnlZ' pumpe 5 Kr.ftstoffvorlörder· pumpe

Zur Steuerung des Spritzbeginns und zur Kompensation der Druckwellenlaufzeit in der Einspritzleitung dient bei der StandardReiheneinspritzpumpe ein Spritzversteller, der den Förderbeginn der Einspritzpumpe mit steigender Drehzahl in Richtung "Früh" verstellt. In Sonderfällen ist eine lastabhängige Steuerung vorgesehen. Die Laststeuerung und Drehzahlsteuerung des Dieselmotors wird von der Einspritzmenge ohne Drosselung der Ansaugluft bestimmt.

6 Kraftstofftemperatur-

sensor 1 Förderbeg,nn· Stellwerk 8 Mengen·Stellwerk mit Regelwegsensor und Orehzahlsensor 9 Düsenhalter-

Elektronische Regler

Bei Verwendung eines elektronischen Reglers befindet sich am Fahrpedal ein Sensor, der mit dem elektronischen Steuergerät verbunden ist. Es setzt die FahrpedalsteIlung unter Berücksichtigung der jeweiligen Dreh-

zahl in einen entsprechenden Soll-Regelstangenweg um. Der elektronische Regler erfüllt wesentlich umfangreichere Anforderungen als der mechanische Regler. Er ermöglicht durch elektrisches Messen, flexible elektronische Datenverarbeitung und durch Regelkreise mit elektrischen Steilem eine erweiterte Verarbeitung von Einflussgrößen, die bisher vom mechanischen Regler nicht berücksichtigt werden konnten_ Die elektronische Dieselregelung gestattet auch einen Datenaustausch mit anderen elektronischen Fahrzeugregelungen (z. B. Antriebsschlupfregelung ASR, elektronische Getriebesteuerung) und damit eine Integration in das Fahrzeug-Gesamtsystem. Die elektronische Dieselregelung verbessert durch die genaue Dosierung das Emissionsverhalten des Dieselmotors.

kombinatIon 10 Glühstift ker:>e GSK 11 Motortemperatur*

sensor (im Kühlmrttel ' krelstauO 12 KurbeJwellendrehzahl -

senSOr 13 D,eselmotor (01) 14 G10hze,tsteuergerät GZS 15 Motorsteuergeräl MSG 16 Lufttemperatursensor 17 Ladedrucksensor 18 Abgasturbolader 19 Fahrpedalsensor 20 Bed,ente,1tur z. B. FGR, EDR, HGB oder ZDR 21 Tachograph oder Fahrgeschwlndlg-

keitssensor 22 Schalter an Kupplungs-. Brems· und Motorbremspedal 23 B atlene 24 Dlagnoseschnltlslelle 25 Glüh-Stan-Schalter (. Zündschloss")

Einspril2system mit elektronisch geregelter Hubschieber·Relheneinspril2pumpe

Systemübersicht der Reiheneinspritzpumpen

87

Regelung

Einsalzgebiete der wichtigsten Reiheneinsprilzpumpen und ihrer Regler

Pumpentyp Standard-Reiheneinspritzpumpe M

•

Standard-Reiheneinsprilzpumpe A

•

Standard-Reiheneinspritzpumpe MW .)

•

Standard-Reiheneinspritzpumpe P Standard-Reiheneinspritzpumpe R ')

•

Standard-Reiheneinsprilzpumpe P10

• • •

• • • • • •

Standard-Reiheneinspritzpumpe ZW(M)

•

Standard-Reiheneinspritzpumpe P9

•

Standard-Reiheneinspritzpumpe CW

•

Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe H

• • • • • •

• • • • •

•

Reglerbauart leerlauf-Enddrehzahlregler RSF

•

leerlauf-Enddrehzahlregler RO leerlauf-Enddrehzahlregler ROU

•

Alldrehzahlregler ROV Alldrehzahlregler ROUV Alldrehzahlregler ROV" K

•

Alldrehzahlregler RSV Alldrehzahlregler RSUV RE (8ektrisches Stellwelf ｾ＠

Standard-Reiheneinspritzpumpen PE

im Hochdruckraum verringert bzw. ganz vermieden. Auch ungewollte Nacheinspritzungen werden verhindert. Die Rückströmdrossel ist im oberen Teil des Druckventilhalters integriert (Bild 13), also zwischen Gleichraumventil und Hochdruckleitung. Der Ventilkörper (4) hat eine kleine, an die Betriebsbedingungen angepasste Bohrung (3), die so bemessen ist, dass sich einerseits die gewünschte Drosselung ergibt, andererseits aber Druckwellenreflexionen weitgehend vermieden werden. In Förderrichtung öffnet das Ventil. Es findet keine Drosselung statt. Als Ventilkörper dient für Drücke bis ca. 800 bar eine Platte, für höhere Drücke ein geführter Kegel. Pumpen mit Rückströmdrosselventil sind "offene Systeme", d. h. beim Vor- oder Entlastungshub entspricht der Standdruck in der Einspritzleitung dem Saugraumdruck. Dieser muss deshalb mindestens 3 bar betragen. Gleichdruchentil Das Gleichdruchentil GDV wird bei Einspritzpumpen mit hohen Einspritzdrücken verwendet (Bild 14). Es besteht aus einem

Aufbau und Arbeitsweise

101

Vorlaufventil in Förderrichtung (bestehend aus Druckventil, 1,2,3) und einem Druckhalteventil in Rückströmrichtung (bestehend aus 2, 5, 6, 7, 8), das in den Druckventilkegel (2) integriert ist. Das Druckhalteventil gewährleistet unter allen Betriebsbedingungen einen möglichst konstanten Leitungsstanddruck zwischen den Einspritzungen. Die Vorteile des Gleichdruckventils liegen in der Vermeidung von Kavitation und in einer besseren hydraulischen Stabilität und damit verbundenen genaueren Einspritzungen. Beim Förderhub wirkt das Ventil wie ein gewöhnliches Druckventil. Bei Förderende ist die Kugel (7) zunächst geöffnet und das Ventil wirkt wie ein Ventil mit Rückströmdrossel. Ist der Schließdruck erreicht, schließt die Druckfeder (5) das Rückströmventil und hält somit den Druck in der Hochdruckleitung konstant. Für eine störungsfreie Funktion des Gleichdruckventils sind allerdings höhere Einstellgenauigkeiten und Reglermodifikationen nötig. Es wird für Hochdruck-Einspritzpumpen (ab ca. 800 bar) und für kleine schnell laufende Direkteinspritzmotoren verwendet. Gleiehdruckventil

Gleichraum·Druckventil mit ROckslrömdrossel

Bild 13

8 -- 2

7

3

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3

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5 4

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6

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...c; "::> ｾ＠

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1-

-

• ｾ＠

.,., g: "::>

1

Druckventilhal ter

2 3

Durchnussdrossel

4

Venhlkörper

5

Venhllräger

6

DruckventIlleder

Venblfeder

(hier Platte)

Bild 14 1

Druckvenhllräger

2

Druckvenlilkegel

3

Druckvenlilfeder

4

FOIIstück

5

Druckfeder (Druckhalleventll)

ｾ＠

6

Federteller

CI

7 8

Kugel Durchflussdrossel

102

Standard-Reiheneinspritzpumpen PE

Ausführungen

Ausführungen Der Leistungsbereich von Dieselmotoren mit Reiheneinspritzpumpen erstreckt sich von 10 bis zu 200 kW pro Zylinder. Verschiedenartige Pumpenausführungen ermöglichen diesen weiten Leistungsbereich. Alle Ausführungen sind in Baureihen zusammengefasst, die sich zum Teil in ihren Leistungsbereichen überschneiden. Die verschiedenen Pumpengrößen A, M, MW und P werden in Großserien gefertigt (Bild 1).

Bei der Querspülung (b) werden alle Elemente durch einen Kanal versorgt. So wirkt der Absteuerdruck nicht auf den nächsten Zylinder. Dadurch ergibt sich eine kleinere Mengentoleranz und eine genauere Zuteilung.

SpOlungen der Pumpenelemenle

a

.------,

Bei den Standard-Reiheneinspritzpumpen gibt es zwei voneinander abweichende Bauweisen: • die offene Bauweise der M- und A-Pumpe mit seitlichem Deckel und • die geschlossene Bauweise der MW- und P-Pumpe, bei der die Pumpen elemente von oben eingesteckt sind. Für noch höhere Zylinderleistungen stehen die Baugrößen PIO, ZW, P9 und CW zur Verfügung.

81 1d2 a

Langsspulung

b

Querspülung (für Pumpenlyp P·8000)

Es gibt zwei Arten, die Pumpen elemente mit Kraftstoff zu versorgen, d. h. zu spülen (Bild 2): Bei der Längsspülung (a) fließt der Kraftstoff nacheinander durch alle Pumpenelemente. Grö6en.ergleich der Reiheneinspril2pumpen (Schnlll)

M

San

A

MW

P1 .3000

P7100 ... BOOO

Standard-Reiheneinspritzpumpen PE

Dieselrekorde 1978

O.....I,ekorde 1918

Im April 1978 stellte das Versuchsfahrzeug

Möglich wurden diese Leistungen vor allem

Mercedes Benz C 111 ·111 neun, zum Teil

durch die besonders stromhnienförmlge

heute noch gültige GeschWindIgkeits-Welt-

Karosserie aus Kunststoff. Ihr cw·Wert war für

rekorde und elf Intematlonale Klassen·

damalige Verhältnisse mIt 0,195 sensahonell

rekorde auf. Einige dieser Rekorde wurden

niedrig.

bis dahin von Fahrzeugen mit Ottomotoren gehalten.

Angetneben wurde das Fahrzeug von einem

3 I Fünlzylonder·Relhen ·Dleselmotor mIt einer Die Durchschnlttsgeschwmdigkelt der Re ordfehrlen betrug

ca. 325 kmlh .

mruumalen Leistung von 170 kW (230 PS) . Dieser Motor haUe damit d,e doppelte Leis·

Die höchste Geschwlndlgkert wurde mIt

tung seInes Senenpendants. Das maxImale

338 km/h gemessen. Der durchschnittliche

Drehmoment von 401 Nm erreichte der Motor beI 3600 mln · l . Ein Turbolader und ein Lade·

Kraftstoffverbrauch lag beI nur knapp 16 Ul00 km.

luftkuhler ermoghchten dIese Leistung .

DIe Turbolad rdrehzahl erreIchte beI Nenndrehzahl des Motors 150000 min- I • Fur d,e exakte Kraftstoffzuführung sorgte eIne Bosch Relhenelnspntz· pumpe PE .. M .

103

104

Standard-Reiheneinspritzpumpen PE

Ausführungen

Einspritzpumpengrößen M

Re,heneinspritzpumpe Typ M (Ansiehl)

Die Reiheneinspritzpumpe der Größe M (Bilder 3 und 4) ist die kleinste Reiheneinspritzpumpe der Baureihe PE. Sie hat ein Leichtmetallgehäuse (Aluminium), das über einen Flansch am Motor befestigt ist. Die M-Pumpe ist eine Reiheneinspritzpumpe der offenen Bauart; sie ist seitlich und am Boden mit einem Deckel versehen. Der Spitzendruck ist bei der M-Pumpe pumpenseitig auf 400 bar begrenzt. Nach der Demontage des an der Seite befindlichen Deckels kann die Fördermenge der Pumpen elemente eingestellt und aneinander angeglichen werden. Die Einzeleinstellung lässt sich dabei durch das Verschieben der Klemmstücke (Bild 4, Pos. 5) auf der Regelstange (4) vornehmen. Während des Betriebs der Einspritzpumpe wird über die Regelstange die Stellung des Pumpenkolbens und damit die Fördermenge innerhalb des konstruktiv definierten Bereichs bestimmt. Die Regelstange besteht bei der M-Pumpe aus einem abgeflachten Rundstahl. Auf dieser Regelstange befinden sich die mit einer Nut versehenen Klemmstücke. Der Hebel (3), der mit der Regelhülse fest verbunden ist, stellt mit seinem eingenieteten Bolzen die Verbindung zum jeweiligen Klemmstück her. Dieses Konstruktionsprinzip bezeichnet man als Lenkerregulierung. Die Pumpenkolben liegen direkt auf den Rollenstößeln (6) auf. Die Vorhubeinstellung wird durch Auswahl von Stößelrollen mit unterschiedlichen Durchmessern vorgenommen.

Bild 4 I

Druckvenlll

2 3

Hebel der

Reiheneinspritzpumpe Typ M (Schnitt)

2- - - -+

Die M-Pumpe gibt es in 4-, 5- und 6-Zylinder-Versionen, wobei mit ihnen ausschließlich ein Betrieb mit Diesel- Kraftstoff möglich ist. Ｖ

Pumpenzylonder

8

Regelhulse

4

5

ｾ＠

Regelslange

.-.

Klemmstück

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RolienSlößeI

7 8

Ｍ

NocI

Drehmomentverlauf eines Dieselmotors

Nm ,.-------------------------,

Angleich· beginn

Angleichende

", 1000

1500 Motordrehzahl

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ｾ＠ 25OO min-' :::;

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Regler für Reiheneinsprilzpumpen

Angleichung im Regelsinn), bei fallender Drehzahl (von n2 nach n1) erhöht sie sich. Angleichvorrichtungen sind je nach Reglertyp verschieden angeordnet und ausgeführt. Einzelheiten enthält die jeweilige Reglerbeschreibung. Bild 11 zeigt den Verlauf des Drehmoments eines Dieselmotors mit Angleichung und ohne Angleichung, wobei im ganzen Drehzahlbereich das größte Drehmoment ohne Überschreitung der Rauchgrenze erreicht wird. Aufgeladene Motoren Bei Motoren mit Abgasturbolader mit höherem Aufladegrad steigt der Kraftstoffbedarf für Volllast im unteren Drehzahlbereich so stark an, dass der natürliche Fördermengenanstieg der Einspritzpumpe nicht mehr genügt. Hier muss abhängig von Drehzahl oder Ladedruck eine Angleichung vorgenommen werden, die je nach den Verhältnissen allein mit dem Regler oder dem ladedruckabhängigen Volllastanschlag oder beiden zusammen erreicht wird. Man nennt diese Angleichung negativ. Letztere bedeutet verstärkte Zunahme der Fördermenge bei Drehzahlerhöhung (Bild 12). Im Gegensatz hierzu steht die übliche positive Angleichung mit Verringerung der Einspritzmenge bei steigender Drehzahl.

121

Aulgaben des Reglers, Reglerarten

Reglerarten Ständig steigende Anforderungen an die Abgasemissionen, an die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, an den Fahrkomfort und die vom Motor zu erbringende Leistung prägen die Entwicklung der Dieseltechnik. Mit diesen Anforderungen steigen die Ansprüche, die an das Einspritzsystem und insbesondere an den Regler gestellt werden. Aus den verschiedenen Regelaufgaben ergeben sich verschiedene Reglerarten: • Enddrehzahlregler haben die Aufgabe, nur die Höchstdrehzahl zu begrenzen. • LeerlauJ-Enddrehzahlregler regeln außer der Enddrehzahl auch die Leerlaufdrehzahl. Sie regeln nicht den dazwischenliegenden Bereich. Die Beeinflussung der Einspritzmenge erfolgt dort mit dem Fahrpedal. Diese Regler werden vorwiegend im Kfz eingesetzt. • Alldrehzahlregler (früher Verstellregler genannt) regeln neben der Leerlauf- und Enddrehzahl auch den dazwischenliegenden Drehzahlbereich. • StuJendrehzahlregler sind eine Kombination von LeerlaufEnddrehzahl- und Alldrehzahlregler. • Aggregatsregler eignen sich für Stromerzeugungsaggregate, ausgelegt nach DIN 6280 bzw. ISO 8528.

Fördermengenkennlinien

mm 3 Hub

Mechanische Regler

r------------------------, Anglelchung negativ

Der mechanische Regler für Reiheneinspritzpumpen wird wegen seiner Fliehgewichte auch Fliehkraftregler genannt. Er ist über ein Gestänge und den Verstellhebel mit dem Fahrpedal verbunden (Bild 1 nächste Seite) .

POSitiv

Bild 12 a

Spritzversteller

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Zur Steuerung des Spritzbeginns und zur Kompensation der Druckwellenlaufzeit in der Einspritzleitung dient ein Spritzversteller, der den Förderbeginn der Einspritzpumpe mit steigender Drehzahl in Richtung "Früh" verstellt.

Kraftstoflbedarf des Motors

b c

Volilastfördermenge ohne Anglelchung angeglichene Voll· lastfördermenge

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negative

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posItive Anglelchung

Ang lelchung

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

122

Reglerarten

Elektronische Regelung

Die elektronische Dieselregelung EDC erfüllt die gestiegenen Ansprüche an das Regelsystem. Sie ermöglicht elektrisches Messen sowie flexible elektronische Datenverarbeitung. Regelkreise mit elektrischen Stellern bieten im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Reglern sowohl verbesserte als auch neue Reglerfunktionen wie z. B. die Laufruheregelung. Außerdem ermöglicht die elektronische Dieselregelung den Datenaustausch mit anderen elektronischen Systemen wie z. B. der Getriebesteuerung und gestattet eine umfangreiche elektronische Diagnose. Die Systemblöcke und Komponenten des EDC-Systems für Reiheneinspritzpumpen werden im Kapitel "Elektronische Dieselregelung" gezeigt. Die Bilder 1 und 2 zeigen prinzipiell die Regelkreise mit mechanischer und elektronischer Regelung. Die detaillierten Darstellungen der Regelkreise für die StandardReiheneinspritzpumpen und HubschieberReiheneinspritzpumpen sind auf der nächsten Doppelseite zu finden.

Regelkreis mit mechanischer Dieselregelung

Bild 1 1

Dieselmotor

2

RelhenelnspolZ' pumpe

3

SpnlZverstelier

4

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5

Regler

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Vorteile der ･ ｬ ･ ｫｴｲｯｮｩ ｾ｣ ｨ ･ ｮ＠ Regelung Der Einsatz eines elektronisch geregelten Einspritzsystems bietet folgende Vorteile: • Durch vielfältige Funktionen und Datensätze wird ein optimales Motorverhalten in jedem Betriebspunkt erreicht. • Klare Trennung der Einzelfunktionen: Reglercharakteristik und Einspritzmengenverlauf sind nicht mehr voneinander abhängig; deshalb bieten sich vielfältigere Einflussmöglichkeiten bei der Applikation. • Erweiterte Verarbeitung von Einflussgrößen, die bisher mechanisch nicht berücksichtigt werden konnten (z. B. Kompensation der Kraftstofftemperatur, lastunabhängige Leerlaufdrehzahlregelung). • Hohe Regelgenauigkeit und -konstanz über die gesamte Motorlaufzeit durch Reduzierung von Toleranzeinflüssen. • Verbessertes Fahrverhalten: Die umfangreichen Datensätze (z. B. Kennfelder) und Parameter ermöglicht eine Optimierung des Systems Motor/Fahrzeug.

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

• Erweiterter Funktionsumfang: Funktionen wie Fahrgeschwindigkeits- und Zwischendrehzahlregelung sind ohne großen Zusatzaufwand realisierbar. • Kopplung mit anderen elektronischen Fahrzeugsystemen eröffnet Möglichkeiten, die das Fahrzeug in Zukunft insgesamt komfortabler, wirtschaftlicher, umweltfreundlicher und sicherer machen (z. B. Elektronische Getriebesteuerung EGS, Antriebsschlupfregelung ASR). • Deutliche Reduzierung des Raumbedarfs beim Pumpeneinbau, da mechanische Aufschaltgruppen an der Einspritzpumpe entfallen. • Varianten nach Bedarf: Datensätze oder Parameter werden erst am Ende des Produktionsbandes bei Bosch oder auch beim Motor- bzw. Fahrzeughersteller individuell im Steuergerät programmiert. Dadurch lässt sich ein Steuergeräte-Typ für verschiedene Motor- und Fahrzeugvarianten einsetzen. Sicherhei tskonzep t Aus Sicherheitsgründen bringt eine Rückstellfeder die Regelstange bei stromlosem Stellwerk in die Stellung "Nullförderung".

Selbstüberwachung: Die Elektronische Dieselregelung EDC umfasst eine Selbstüberwachung der Sensoren, des Stellwerks und des Mikrocontrollers im Steuergerät. Zusätzliche Sicherheit bieten weitgehend redundante Funktionen. Das Diagnosesystem ermöglicht das Auslesen erkannter Fehler über ein Testgerät oder bei älteren Systemen über eine Diagnoselampe. Ersatzfunktionen: Im System sind umfassende Ersatzfunktionen integriert. Fällt zum Beispiel der Drehzahlsensor aus, dient das Signal der Klemme W des Drehstromgenerators als Ersatz für die Drehzahlinformation. Beim Ausfall wichtiger Sensoren leuchtet eine Warnleuchte auf. Abstellfunktion: Zusätzlich zur Sperrwirkung der Regelstange in Stopp-Position sperrt im stromlosen Zustand ein im Kraftstoffzulauf angebrachtes Magnetventil die Kraftstoffversorgung. Dieses separate Elektrische Abstellventil ELAB oder Elektro-Hydraulische Abstellvorrichtung EH AB unterbricht die Kraftstoffzufuhr auch dann, wenn z. B. das Kraftstoff-Mengenstellwerk ausfällt und stellt so den Motor ab.

Regelkreise mit elektronischer Dieselregelung

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Reglerarten

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Bild 2 Fahrzeugsensoren (z. S_ Fahrgeschwln-

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lem peralur)

3

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2

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3

4

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4

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5

DI.gnose-

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Fahrpedal und Soll·

schnottslelle wertgeber (Schall er) 7

Dalenkommunika' lion (z S . Gluhzellsteuerung)

P. Almospharenluftdruck

124

Regler für Reiheneinspritzpumpen

Reglerarten

Regelkreise Start, Leerlauf, Motorleistung, Rußemission und Fahrverhalten werden entscheidend durch die eingespritzte Kraftstoffmenge beeinflusst. Dementsprechend sind Kennfelder für Start, Leerlauf, Volllast, Fahrpedalcharakteristik, Rauchbegrenzung und Pumpencharakteristik im Steuergerät einprogrammiert.

Sensoren die Solleinspritzmenge bzw. den Sollwert für die Regelstangenposition der Reiheneinspritzpumpe. Dieser Sollwert ist die Führungsgröße des Regelkreises. Ein Lageregier im Steuergerät, der die Ist-Stellung der Regelstange und damit die Regelabweichung erfasst, sorgt für eine korrekte und schnelle Einstellung der erforderlichen Regelstangenposition.

Als Ersatzgröße für die Kraftstoffmenge wird der Weg der Regelstange verwendet. Für das Fahrverhalten kann eine von mechanischen Drehzahlreglern bekannte RQ- oder RQV-Regelcharakteristik vorgegeben werden.

Verschiedene einzuregelnde Drehzahlen können gewählt werden: Leerlaufdrehzahl, feste Zwischendrehzahl für z. B. Nebenantriebe und eine bestimmte Drehzahl für z. B. die Fahrgeschwindigkeitsregelung.

Über den Fahrpedalsensor nimmt der Fahrer Einfluss auf das Drehmoment bzw. die Drehzahl (Bild 3). Das Steuergerät ermittelt unter Berücksichtigung der gespeicherten Datensätze und der Istwerte der

Entsprechend dem ermittelten Sollzustand gibt das Steuergerät elektrische Signale an das Regelweg-Stellwerk der Einspritzpumpe. Die vom Rechner ausgegebene Soll-Einspritzmenge wird anhand des Lageregel-

Regelkreis der Einspritzmenge

ElektronIsche Dieselregelung EDC der $tandard-Reiheneinspritzpumpe

Kraftstoff ELAB Ein/Aus

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Reiheneinspritzpumpe

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Bild 3 ISI·Drehzahl SoIl·Drehzahl {\

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Regler für Reiheneinspritzpumpen

Reglerarten

zeitpunkt. Das Steuergerät ermittelt daraus nun mithilfe von Datensätzen und unter Berücksichtigung der KurbelwellensteIlung den Istwert des Spritzbeginns. Anschließend vergleicht es diesen mit dem berechneten Sollwert. Durch eine entsprechende Stromregelung im Steuergerät wird das Förderbeginn-Stellwerk der Einspritzpumpe angesteuert und so der Istwert mit dem Sollwert in Übereinstimmung gebracht.

kreises eingestellt: Das Steuergerät gibt einen Soll-Regelweg vor und empfängt aus einer Regelwegerfassung die Rückmeldung der Ist-Stellung. Um nun den Regelkreis zu schließen, bestimmt das Steuergerät die effektive Stromstärke, die zur Einstellung der Einspritzpumpe nötig ist, immer wieder neu und bringt damit Soll- und Istwert laufend zur Übereinstimmung.

Regelkreis des Förderbeginns Hubschieber- Reiheneinspritzpumpen haben außer dem Regelweg-Stellwerk für die Einspritzmenge noch ein Stellwerk für den Förderbeginn (Bild 4).

Da das Förderbeginnstellwerk "strukturstabil" ausgelegt ist, kann auf einen speziellen Weg-Rückmelder verzichtet werden. Strukturstabilität bedeutet, dass Magnetund Federkraftlinien immer einen eindeutigen Schnittpunkt haben, sodass der Weg des Hubmagneten proportional zum eingespeisten Strom ist. Dies kommt einem Schließen des Regelkreises gleich.

Die Einstellung des Förderbeginns wird ebenfalls über einen geschlossenen Regelkreis vorgenommen. Ein Nadelbewegungssensor in einem der Düsenhalter meldet dem Steuergerät den tatsächlichen Einspritz-

Eleklronische Dieselregelung EDC der HUbschieber·Reihene,nspntzpumpe

Kraftstoff

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HubschieberReiheneinspritzpumpe

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Lageregelung

1] für Regelslange t

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Kennfelder

Spntzbeginn (lsl)

Kennfelder

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Spritzbeglnn - Mengenregelung regelung

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Dieselmotor

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11Motor11temperatur

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126

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

Reglerübersicht

Reglerübersicht

Leerlauf-Enddrehzahlregler

Reglerbezeichnung

Die Reglerbezeichnung ist auf dem Typschild angegeben. Sie kennzeichnet die wesentlichen Merkmale des Reglers (z. B. Reglerbauart, Leerlauf-/Enddrehzahl usw.) . Bild 3 zeigt die einzelnen Bestandteile der Reglerbezeichnung. Enddrehzahlregler

Enddrehzahlregler sind bestimmt für Dieselmotoren, die Arbeitsmaschinen bei Nenndrehzahl antreiben. Der Regler muss hier nur die Enddrehzahl einhalten, Leerlaufregelung und Steuerung einer Startmenge entfallen. Bei Überschreitung der Nenndrehzahl nvo infolge abnehmender Motorbelastung schiebt der Regler die Regelstange in Richtung "Stopp", d. h. der Regelstangenweg wird kleiner, die Fördermenge nimmt ab (Bild 1). Drehzahlerhöhung und RegelstangenwegVerminderung bewegen sich entlang der Verbindungslinie A - B. Die obere Nulllastdrehzahl n no wird erreicht, wenn der Motor ganz entlastet wird. Die Differenz zwischen nno und n vo ist durch den P-Grad des Reglers bestimmt. Reglerkennreld des Enddrehzahlreglers

mm Endabregelung !-

Volliastregelweg

-

Nulllastregelweg

Molordrehzahl

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B

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Bei Dieselmotoren für Kraftfahrzeuge ist häufig eine Regelung im Bereich zwischen Leerlauf- und Enddrehzahl nicht erforderlich. In diesem Drehzahlbereich beeinflusst der Fahrer mit dem Fahrpedal unmittelbar die Regelstange der Einspritzpumpe und stellt das erforderliche Drehmoment ein. Der Regler sorgt im Leerlaufbereich dafür, dass der Motor nicht stehenbleibt; außerdem regelt er die Enddrehzahl. Aus dem Regler-Kennfeld (Bild 2) ist zu erkennen: Der kalte Motor wird mit Startmenge (A) gestartet. Der Fahrer hat dabei das Fahrpedal ganz durchgetreten. Lässt er es los, so kehrt die Regelstange in die LeerlaufsteIlung zurück (B). Die Leerlaufdrehzahl pendelt sich während des Warmlaufs entlang der Leerlaufregelkurve bei L ein. Ist der Warmlauf beendet, so ist im Allgemeinen bei erneutem Starten nicht mehr die größte Startmenge erforderlich; manche Motoren können auch starten, wenn der Reglerverstellhebel (Fahrpedal) auf Leerlauf steht. Mit einer Zusatzeinrichtung, dem Temperaturabhängigen Startanschlag TAS, kann die Startmenge bei warmem Motor trotz durchgetretenem Fahrpedal begrenzt werden. Tritt der Fahrer das Fahrpedal bei laufendem Motor ganz durch, dann geht die Regelstange auf Volllastmenge. Dabei steigt die Drehzahl und bei n1 setzt die Angleichung der Fördermenge ein, d. h. die Volllastfördermenge wird etwas verringert. Die Angleichung ist bei weiterhin steigender Drehzahl bei n2 beendet. Die Volllastmenge wird bei durchgetretenem Fahrpedal so lange eingespritzt, bis die obere Volllastdrehzahl nvo erreicht ist. Von nvo ab beginnt die Endabregelung entsprechend dem P-Grad, wobei die Drehzahl noch etwas steigt, der Regelstangenweg kleiner wird und dadurch die Fördermenge abnimmt. Die obere Nulllastdrehzahl nno wird erreicht, wenn der Motor vollständig entlastet ist. Bei Schubbet rieb (Talfahrt) kann die Drehzahl noch weiter ansteigen, dabei wird der Regelstangenweg zu Null.

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

127

Reglerübersicht

Regler1

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2 Sp.elausgle,chfeder

3 Voillaslanschlag 4 EinslellmUlter

5 Regelteder 6 A,ehgewlChl 7 Gelenkgabel

8 Regelhebel 9 Kuhssenslein 10 Lenkhebel 11 KUl"lenplalte 12 Winkelhebel 13 Gle,lsle,n

14 Verstellbolzen (federnd)

Regler für Reiheneinspritzpumpen

tarten des Motors Beim Einsteuern der Startmenge verhält sich der RQV-Regler wie der RQ, es gibt jedoch folgenden Unterschied: Wenn der Fahrer das Pedal beim ersten Hochlaufen des Motors voll durchtritt, so wird bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl nicht wie beim RQ auf die VolIlast abgeregelt, sondern die Regelstange bleibt in der Startmengenposition, bis die Enddrehzahl erreicht ist. Erst nach dem ersten AbregeIvorgang schnappt der VolIlastanschlag in seine Betriebsstellung (Bild 14).

Alldrehzahlregler ROV in KalIstartsteIlung

o Bild 14

Betrieb verhalten LeerlauJdrehzahl (Bild 15) Nach dem Anspringen des Motors und Loslassen des Verstellhebels (Fahrpedal) geht dieser in die LeerlaufsteIlung zurück. Auch die Regelstange geht in die LeerlaufsteIlung zurück, die vom jetzt arbeitenden Regler bestimmt wird (Punkt L in Diagramm, Bild 17 nächste Seite). Zwischendrehzahl (Bild 16) Wird der Motor bei irgendeiner mit dem Verstellhebel (Fahrpedal) eingestellten Drehzahl belastet oder entlastet, so hält der Alldrehzahlregler die eingestellte Drehzahl durch Vergrößern oder Verkleinern der Fördermenge innerhalb der durch den P-Grad bestimmten Grenzen ein. Beispiel: Der Fahrer hat den Verstellhebel von der LeerlaufsteIlung in eine Stellung gebracht, die einer gewünschten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechen soll. Die Bewegung des Verstellhebels wird über den Lenkhebel auf den Regelhebel übertragen. Die Übersetzung des Regelhebels ist veränderlich und wird gleich oberhalb des Leerlaufgebiets so groß, dass schon ein verhältnismäßig kleiner Teil des Verstellhebel- oder Fliehgewichtswegs genügt, um die Regelstange bis zum eingestellten VolIlastanschlag zu verschieben (Weg L - B' in Diagramm, Bild 17); ein fester Regelstangenanschlag (keinesfalls ein federnder) muss also vorhanden sein.

139

Mechanische Drehzahlregelung

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.Slopp· ·Anschlag

2

Anschlag fOr Höchsldrehzahl

Alldrehzahlregler ROV in Leerlaufslellung

Alldrehzahlregler ROV in Teiliasisiellung

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Bild 16

1

Gleitstern

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Verstell bolzen mit Schleppleder

140

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

Mechanische Drehzahlregelung

Reglerkennfeld des Alldrehzahlreglers RQV

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End®regelung

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Regelweg

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1/, Motordrehzahl

Die weitere Schwenkbewegung des Verstellhebels führt zum Spannen der Schleppfeder. Die Regelstange bleibt einstweilen auf "Voll" und bewirkt eine schnelle Drehzahlsteigerung des Motors (Bild 17, Weg B' - B"). Die Fliehgewichte wandern dabei nach außen, die Regelstange bleibt aber so lange auf "Voll" bis sich die Schleppfeder entspannt hat, Dann erst wirken die Fliehgewichte auf den Regelhebel, und die Regelstange wird dabei in Richtung "Stopp" verschoben_ Die Fördermenge wird also wieder kleiner und die Drehzahl begrenzt_ Diese Drehzahlgrenze des Motors entspricht der Stellung des Verstellhebels und der Lage der Fliehgewichte (Weg B" - Cl. Jeder Stellung des Verstellhebels ist daher während des Betriebs ein ganz bestimmter Drehzahlbereich zugeordnet, solange der Motor nicht überlastet oder beim Abwärtsfahren (Schubbetrieb) durch das Fahrzeug angetrieben wird. Wird nun die Belastung des Motors z. B. am Berg etwas größer, so sinkt die Motor- und Reglerdrehzahl. Dadurch gehen die Fliehgewichte nach innen und verschieben die Regelstange in Richtung "Voll", wodurch der Motor in seiner Dreh-

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zahl gehalten wird, die bestimmt ist von Verstellhebellage und P-Grad. Ist jedoch die Steigung (gleichbedeutend mit Belastung) so groß, dass die Regelstange zwar bis zum Anschlag "Voll" verschoben, die Drehzahl aber trotzdem kleiner wird, so gehen die Fliehgewichte entsprechend dieser Drehzahl noch mehr zusammen und schieben den Verstellbolzen nach links. Die Fliehgewichte wollen die Regelstange also in Richtung "Voll" weiter verschieben. Da aber die Regelstange am Volllastanschlag anliegt und nicht mehr in Richtung "Voll" ausweichen kann, wird die Schleppfeder gespannt. Dies bedeutet, dass der Motor überlastet ist. Der Fahrer wird in diesem Fall auf einen kleineren Gang umschalten müssen. Beim Bergabwärtsfahren ist es umgekehrt. Der Motor wird vom Fahrzeug angetrieben und beschleunigt. Dadurch gehen die Fliehgewichte nach außen, und die Regelstange wird bis zum Anschlag in Richtung "Stopp" verschoben. Erhöht sich dann die Drehzahl noch mehr, wird (Regelstange in "Stopp"-Stellung!) die Schlepp feder in entgegengesetzter Richtung gespannt.

Regler tür Reiheneinsprilzpumpen

Das oben beschriebene Verhalten des Reglers gilt grundsätzlich für alle Stellungen des Verstellhebels, wenn sich die Belastung oder Drehzahl des Motors aus irgendeinem Grund so stark ändert, dass die Regelstange in ihren Endlagen "Voll" oder "Stopp" anliegt.

Mechanische Drehzahlregelung

141

Alldrehzahlregler RaUV in Volllaststellung, Beginn der Endabregelung

Angleichung Die Angleichung erfolgt zwischen nl und n2 (Bild 17) im Volllastfall entlang Linie Cl - D 1• Beim RQV-Regler ist die Angleichvorrichtung in einem besonderen Regelstangenanschlag oder in einer Angleichlasche, die die normale Gelenkgabel ersetzt, eingebaut (Beschreibung siehe Abschnitt "Regelstangenanschläge "). Enddrehzahl (Bild 18) Wenn der Motor die obere Volllastdrehzahl überschreitet, beginnt die Endabregelung EI - F 1 (Bild 17). Die Fliehgewichte gehen dabei nach außen, die Regelstange bewegt sich in Richtung "Stopp". Bei vollständiger Entlastung des Motors wird die obere Nulllastdrehzahl nno erreicht. A"drehzahlregler RQUV Aufbau Der Alldrehzahlregler RQUV wird zur Regelung sehr niederer Drehzahlen verwendet, wie sie z. B. bei Bootsmotoren vorkommen. Er ist eine Variante des RQV-Reglers. Diese Ausführung gibt es mit verschiedenen übersetzungen ins Schnelle (ungefähr 1:1,5 bis 1:3,7) zwischen der antreibenden Nockenwelle der Einspritzpumpe und der Reglernabe (Bild 19). Das Übersetzungsverhältnis des Regelhebels ist ähnlich wie beim RQV- Regler veränderlich. Aus diesem Grund hat dieser Regler ebenfalls eine Kurvenplatte (Bild 20). Der RQUV-Regler kommt bei ZW-, P9und PlO-Einspritzpumpen zum Einsatz.

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Molordrehzahl

Alldrehzahlregler ROV.. K (Volllastmenge bei mittlerer Drehzahl)

Alldrehzahlregler ROV.. K (maximale Volliastdrehzahl)

Bild 27 Umkehr der Angleichung

Bild 28 Ende der posltoven Anglelchung (gestnchelt . Abregelung)

146

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

Mechanische Drehzahlregelung

stein mit seinem oberen Teil nach links. Dabei bewegt sich die Regelstange in Richtung "Stopp" (Weg C - D auf der Kennlinie, Bild 26). Jeder Stellung des Verstellhebels ist während des Betriebs ein ganz bestimmter Drehzahlbereich zugeordnet, solange der Motor nicht überlastet oder beim Abwärtsfahren durch das Fahrzeug angetrieben wird. Wird nun die Belastung des Motors z. B. am Berg etwas größer, so sinkt die Motorund Reglerdrehzahl. Dadurch gehen die Fliehgewichte nach innen und verschieben die Regelstange in Richtung "Voll", wodurch der Motor in seiner Drehzahl gehalten wird, die von der Stellung des Verstellhebels (bzw. des Fahrpedals) bestimmt ist. Ist jedoch die Belas-tung (gleichbedeutend mit Steigung) so groß, dass die Regelstange zwar bis zum Anschlag "Voll" verschoben, die Drehzahl aber trotzdem kleiner wird, so gehen die Fliehgewichte entsprechend dieser Drehzahl noch mehr zusammen und schieben die Muffe weiter in Richtung "Voll". Da aber die Regelstange nicht mehr in Richtung ,,voll" ausweichen kann, bewegt sich der untere Teil des Regelhebels gegen den Widerstand der Rückstellfeder für die Kurvenplatte nach links und hebt damit die Kurvenplatte von ihrem Anschlag ab. Beim Bergabwärts fahren ist es umgekehrt: Der Motor wird vom Fahrzeug angetrieben und beschleunigt. Dadurch gehen die Fliehgewichte nach außen, und die Regelstange wird in Richtung "Stopp" verschoben. Erhöht sich dann die Drehzahl noch mehr (Regelstange in "Stopp" -Stellung!), so gibt die federnde Lasche, die den Regelhebel mit der Regelstange verbindet, nach. Bremst der Fahrer das Fahrzeug etwas ab oder schaltet er in einen höheren Gang, so verkürzt sich die Lasche wieder auf ihre normale Länge.

Das oben beschriebene Verhalten des Reglers gilt grundsätzlich für alle Stellungen des Verstellhebels, wenn sich die Belastung oder die Drehzahl des Motors aus irgendeinem Grund so stark ändert, dass die Regelstange in ihren Endlagen "Voll" oder "Stopp" anliegt. Alldrehzahlregler RSV

Aufbau Der Alldrehzahlregler RSV hat einen anderen Aufbau als die vergleichbare Bauart RQV. Er hat nur eine Regelfeder, die schwenkbar ist (Bild 29, Pos. 12 und Bild 30, Pos. 16). Beim Einstellen der Drehzahl am Verstellhebel ändert sich deren Lage und Spannung so, dass das am Spannhebel wirksame Drehmoment mit dem durch die Fliehkräfte hervorgerufenen Drehmoment bei der gewünschten Drehzahl im Gleichgewicht steht. Sämtliche Einstellungen am Verstellhebel und die Fliehgewichtswege werden über das Reglergestänge auf die Regelstange übertragen. Die am oberen Ende des Regelhebels eingehängte Startfeder (Bild 30, Pos. 5) zieht die Regelstange (2) in StartsteIlung, wobei sich automatisch die Startmenge einstellt. Volllastanschlag (20) und Angleichvorrichtung (19) sind im Regler eingebaut. Zur Stabilisierung des Leerlaufs dient die im Reglerdeckel eingebaute Leerlauf-Zusatzfeder (17) mit Einstellschraube (13). Die Regelfeder ist an einem Ende im Spannhebel (18), am anderen Ende an der Wippe (8) eingehängt. Durch die Schraube (7) an der Wippe lässt sich der wirksame Hebelarm der Regelfeder zum SpannhebelDrehpunkt verändern. Dadurch kann ohne Federaustausch der P-Grad in gewissen Grenzen eingestellt werden - ein Vorteil des RSV-Reglers. Für höhere Drehzahlen stehen leichtere Fliehgewichte zur Verfügung.

Regler für Reiheneinspritzpumpen

147

Mechanische Drehzahlregelung

Alldrehzahlregler RSV

7

8

2 Bild 29

3 4

5

9

1 Reglergehäuse 2 Slartfeder

10

3 Regelslange

11

4 Lasche

12

5 Wippe 6 Schwenkhebel

6

7 VersleIlhebel

13

8 Reglerdeckel 9 . Stopp· ·/Leerlauf· anschlag 10 Spannhebel 11

Führung_hebel

12 Regelfeder

13 leerlauf·Zusatzfeder

14

14 AngleIchfeder 15 A iehgewlcht 16 FOhrungsbuchse

17 Regelhebel 18 Volliastanschlag ｾ＠

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Bild 30 1 Pumpenkolben

2 Reg ISlange 3 Anschlag fOr Höchsldrehzahl 4 Verstellhebel

Alldrehzahlregler RSV L

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5 Startteder

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13 14 15 16

Wippe Nockenwelle der Einspntzpumpe

10 Reglemabe

11

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7 8

Schwenkhebel EinsleIlschraube

Aiehgewichl

12 VerStell bolzen

17

13 .Slopp· ·/leerlauf·

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anschlag 14 Führungshebel

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15 Regelhebel

16 Regelfeder 17 Leerlauf'Zusatzfeder 18 Spannhebel 19 AngleIchfeder 20 Voillaslanschlag

148

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

Mechanische Drehzahlregelung

larten des Motors Beim RSV-Regler steht bei Stillstand des Motors die Regelstange unabhängig von der Verstellhebellage immer im Punkt A (Kennlinie, Bild 32). Deshalb wird insbesondere für diesen Reglertyp die Zusatzeinrichtung TAS empfohlen (siehe Beschreibung "Temperaturabhängiger Startanschlag"). ßetriebs\'crhaltcn Leerlaufdrehzahl (Bild 31) Der Verstellhebelliegt am Leerlaufanschlag an. Die Regelfeder (3) ist dadurch fast entspannt und steht nahezu senkrecht. Sie wirkt sehr weich, sodass die Fliehgewichte schon bei niedriger Drehzahl nach außen schwingen. Infolgedessen geht der Verstellbolzen (7) nach rechts und mit ihm der Führungshebel. Dieser schwenkt den Regelhebel (4) nach rechts, sodass die Regelstange in Richtung "Stopp" in die LeerlaufsteIlung L (Kennlinie, Bild 32) gelangt. Der Spannhebel (6) legt sich an die Leerlauf-Zusatzfeder; diese unterstützt die Leerlaufregelung.

BIld 31 I

Leerlaufanschfag

2

Stoppanschlag

3

Ragelleder

4

Regelhebel

5

leeriauf Zusatzfeder

6 7

Spannhebel Verstelll>ollcn

Niedere Zwischendrehzahl (Bild 33) Schon eine verhältnismäßig kleine Verschiebung des Verstellhebels über die LeerlaufsteIlung hinaus genügt, um die Regelstange von ihrer Ausgangsstellung (Punkt L in Bild 32) bis in ihre Volllaststellung zu bringen (Punkt B' in Bild 32). Die Einspritzpumpe fördert die Volllastmenge und die Drehzahl steigt (Weg B' - B"). Sobald die Fliehkraft größer wird als die der Stellung des Verstellhebels entsprechende Spannung der Regelfeder, schwenken die Fliehgewichte nach außen und schieben Führungsbuchse, Verstellbolzen, Regelhebel und Regelstange auf kleinere Fördermenge zurück (Punkt C im Diagramm, Bild 32). Die Drehzahl des Motors erhöht sich nicht weiter und wird unter gleich bleibenden Bedingungen vom Regler gehalten.

Angleichung Bei Reglern mit Angleichvorrichtung wird, sobald der Spannhebel am Volllastanschlag anliegt, die Angleichfeder mit steigender Drehzahl stetig zusammengedrückt (Weg D - E im Diagramm, Bild 32), wobei sich Führungshebel, Regelhebel und Regelstange entsprechend in Richtung "Stopp" bewegen und die Fördermenge angleichen, d.h. um den Betrag des Angleichwegs verringern. Enddrehzahl (Bild 34) Wird der Verstellhebel auf Endanschlag gebracht, so arbeitet der Regler grundsätzlich gleich wie unter "Niedere Zwischendrehzahl" beschrieben. Allerdings spannt der Schwenkhebel die Regelfeder vollständig. Die Regelfeder zieht daher mit größerer Kraft den Spannhebel an den Volllastanschlag und so die Regelstange auf "Voll". Die Drehzahl des Motors steigt und die Fliehkraft wird stetig größer.

Alldrehzahlregler RSV in LeerlaufsteIlung

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Regler für Reiheneinsprilzpumpen

149

Mechanische Drehzahlregelung

Reglerkennfeld des Alldrehzahlreglers RSV

mmr-------------A

A

Slartrogclweg

- - - - Belspoel

S'

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I I

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Motordrehzahl

Alldrehzahlregler RSV (Volllast beI niedriger Drehzahl)

",

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Alldrehzahlregler RSV (Nulllast, aus Volllast abgeregeit)

niedere Drehzahl

Bild 33 BegInn der Angleichung u AngtelchWeg

ｾ＠

Bi ld 34

1 2 3 4 5

Schwenkhebel Spannhebel Fuhrung.hebel Regelhebel Anglelchteder

Regler für Reiheneinspritzpumpen

150

Mechanische Drehzahlregelung

Bei Erreichen der oberen Volllastdrehzahl l1vo überwindet die Fliehkraft die Spannung der Regelfeder und der Spannhebel weicht nach rechts aus. Der Verstellbolzen mit Führungshebel und die über den Regelhebel gekuppelte Regelstange bewegen sich in Richtung "Stopp" (Weg F - G im Diagramm, Bild 32), bis sich bei dem neuen Belastungszustand eine entsprechend verkleinerte Einspritzmenge eingestellt hat. Bei vollständiger Entlastung des Motors wird die obere Nulllastdrehzahl nno erreicht. tillsetzcn des Mo tors Stillsetzen mit Verstellhebel (Bild 35) Motoren mit Reglern ohne besondere Abstellvorrichtung werden stillgesetzt, indem der Verstellhebel des Reglers in "Stopp"-Stellung gebracht wird. Dabei drückt die Nase des Schwenkhebels (schräger Pfeil in Bild 35, Pos. 1) auf den FührungshebeL Dieser schwenkt nach rechts und nimmt den Regelhebel und damit auch die Regelstange nach "Stopp" mit. Weil der Verstellbolzen von den Alldrehzahlregler RSV (Stillsel2en des Motors ｭｾ＠ dem Ver.lellhebel des Reglers)

Bild 35 I

Nase am Schwenk· hebel

2

Stoppanschlag

Bild 36

1 2

Leerlaufanschlag Abstellhebel

Regelfedern entlastet ist, schwenken die Fliehgewichte aus. Stillsetzen mit Abstellhebel (Bild 36) Bei Reglern mit besonderer Abstellvorrichtung kann die Regelstange auf "Stopp" gestellt werden, wenn der Abstellhebel (2) in "Stopp"-Stellung gebracht wird. Durch Drücken des Abstellhebels auf "Stopp" wird der Regelhebel mit seinem oberen Teil um den Drehpunkt C im Führungshebel nach rechts geschwenkt. Über die Lasche wird dabei die Regelstange nach "Stopp" gezogen. Eine nicht abgebildete Rückführfeder bringt den Abstellhebel nach Loslassen in die Ausgangsstellung zurück.

Alldrehzahlregler RSV (Stillset,en des Motors mit dem Abstellhebel)

Regler für Reiheneinspritzpumpen

151

Mechanische Dreh.ahlregelung

A1ldreh.ahlregler RsUV

7

8

9 Bild 37

1 Schwenkhebel 2 Lasche

10

3

2

3

4 Nockenwelle der

12

5 Reglergehäuse 6 slartfeder 7 Spann hebel 8 Reglerdeckel 9 Verstellhebel

Einspritzpumpe

13 14

10 . Stopp··1

4 >-

Leerlaufanschlag 11 Regelfeder 12 Leerlauf· Zusatzfeder 13 Fuhrungshebel 14 Angle,chfeder

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15 iJbersetwngs·

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16 Führungsbuchse 17 VerSlellbotzen 18 Volllaslanschlag

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QII

Alldrehlahlregler RsUV in slartstellung

Regelstange

11

getriebe

Alldrehzahlregler RSUV

Au(bau Der Alldrehzahlregler RSUV wird zur Regelung sehr niedriger Drehzahlen verwendet, wie sie z. B. bei langsam laufenden Bootsmotoren vorkommen. Er unterscheidet sich im Aufbau vom Drehzahlregler RSV im Wesentlichen durch das Übersetzungsgetriebe ins Schnelle, das zwischen der antreibenden Nockenwelle der Einspritzpumpe und der Reglernabe eingebaut ist (Bild 37). Verschiedene Übersetzungen sind möglich (Typ A 1:3, 1:2; Typ B 1:1,36, 1:1,86; Typ Z 1:2,2, 1:2,6). Alldrehzahlregler RSUV finden Verwendung bei Reiheneinspritzpumpen der Größe P. Betriebsverhaltcl1 Wirkungsweise und Betriebsverhalten entsprechen dem Drehzahlregler RSV. Bild 38 zeigt den Alldrehzahlregler RSUV in der Stellung bei maximaler Drehzahl.

Bild 38 1

Ubersetzungs· getriebe

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

152

Mechanische Drehzahlregelung

Leerlauf-Enddrehzahlregler RS

Leerlauf·Enddrehzahlregler RS (Außenansicht)

Aufbau Der Leerlauf-Enddrehzahlregler RS (entstanden aus dem Alldrehzahlregler RSV) weist geringe Verstellhebelkräfte auf. Der Verstellhebel, der beim RSV-Regler die Schwenkfeder spannt und damit zum Einstellen der Drehzahl dient, ist mit einem einstellbaren Anschlag am Reglerdeckel in der Stellung der Enddrehzahl blockiert. Es ist auch möglich, eine Zwischendrehzahl einzustellen (z. B. für Fahrzeuge mit Nebenantrieb). Der Abstellhebel des RSV-Regler dient beim RS-Regler als Fahrhebel mit umgekehrter Betätigungsrichtung (Bild 39).

Bild 39

1

E te Ihebel fur End, und ZWIschendrehzahl

2

F.hrhebcl

tarten de Motors Zum Starten wird der Fahrhebel (Bild 42, Pos. 12) in Richtung Volllast geschwenkt. Er drückt dabei den Verstellbolzen (14) über Regelhebel (10) und Führungshebel (8) gegen die Federkapsel (11), deren Leerlauffeder (11.3) die Regelstange (2) auf Startmenge bringt. Betriebsverhalten Leerlaufdrehzahl Schon bei niedriger Drehzahl schwingen die Fliehgewichte nach außen. Infolgedessen geht der Verstellbolzen nach rechts und mit ihm der Führungshebel. Der Führungshebel schwenkt den Regelhebel nach rechts, sodass die Regelstange in Richtung "Stopp" in die LeerlaufsteIlung L (Kennlinie, Bild 41) gelangt. Außerdem drückt der Verstellbolzen gegen die Federkapsel, in der zusätzlich zur Angleichfeder eine Leerlauffeder für die Leerlaufregelung eingebaut ist. Leerlaufanschlagschraube und Leerlauf-Zusatzfeder des RSV-Reglers entfallen.

Bild 40 ,

Spannhebel

2

Regelfeder

3

Federkapsel

Enddrehzahl Überschreitet die Motordrehzahl die obere Volllastdrehzahl, bewegt sich die Regelstange in Richtung "Stopp" (Weg E - F, Bild 41). Bei vollständiger Entlastung erreicht der Motor die obere Nulllastdrehzahl.

Leerlauf·Enddrehzahlregler RS (Schni"bild)

Regler für Reiheneinsprilzpumpen

153

Mechanische Drehzahlregelung

Regle'kennfeld des Leerlauf·Enddrehzahlreglers RS ｭｾＭﾷ＠

Leerlaufdrehzah1regelung

E.'1dab-

regelUng ..-geregeller Bereich

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AnglelCl>weg

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Leerlaul· Enddrehzahlregler RS In Kailslartsiellung

2 7

8

Bild 42 1 Pumpen kolben

2 Regelslange 3 lasche

9

4 Schwenkhebel

5 WIppe 6 VersleIlhebel 7 Spannhebel 8 Fuhrungshebel

10

9 Regelleder 10 Regelhebel

11

15

Federkapsel

11 .1 Druckbolzen 112 Angleichfeder

11.1

11.2 11.3

11.3 ｌ･ｾ｡ｵｲ､＠

12 Fahrhebel

14

13

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13 Volliaslanschlag

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15 Nockenwelle der

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14 Verslellbolzen Emspnlzpumpe

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a

Leerlaufslufe

Regler tür Reiheneinspritzpumpen

154

Bild 43: a

Leerlaufbereich (ArbeItsbereich der ｌ･ｾＮｵｈ､ｲｬ＠

b

erweiterter Leerlauf·

bereich bei Nulllast

und unterer l Illas1 (ArbeitSbereich der ｌ･ｾ｡ｵｦ

ﾷ＠

und Leer·

laufzusatzfederI c

ungeregelter

Bereich d

Anglerchberelch (Arbeitsbereich der Angleichfeder)

e

Angleichweg

Mechanische Drehzahlregelung

Leerlauf-Enddrehzahlregler RSF Aufbau Der mechanische Fliehkraftregler RSF wurde als Leerlauf-Enddrehzahlregler speziell für Fahrzeugmotoren (F Fahrzeugregler) mit Diesel-Reiheneinspritzpumpen der Größe M entwickelt. Er ist für Straßenfahrzeuge (Pkw und Nkw) geeignet, bei denen nur eine Regelung der Leerlauf- und Enddrehzahl erforderlich ist. Im ungeregelten Zwischenbereich betätigt der Fahrer mit dem Fahrpedal unmittelbar die Regelstange der Einspritzpumpe und stellt damit das erforderliche Drehmoment ein (Bild 43) .

Der Regleraufbau gliedert sich in die zwei Teilbereiche: Messwerk und Stellwerk (Bild 44) . Messwerk Stufe 1 (Leerlauf) Der Kraftfluss geht von den Fliehgewichten (22) aus und verläuft über die Reglermuffe (20) und den Führungshebel (9) zur Leerlauf- (12) und Leerlaufzusatzfeder (14) - beides sind Blattfedern. Messwerk Stufe 2 (bis Endabregelung) Nachdem der Leerlaufweg durchlaufen ist, verläuft der Kraftfluss von der Reglermuffe (20) über die Angleich-Federkapsel (18) und den Spannhebel (16) zur Regelfeder (17).

Der RSF-Regler entspricht hohen Anforderungen an Regelverhalten, Bedienbarkeit und Fahrkomfort. Er ist vorzugsweise für schnell laufende Pkw-Dieselmotoren bestimmt. Außerdem bietet er die Möglichkeit von Korrekturaufschaltungen und einfacher EinsteIlbarkeit.

Beim Ausschwenken der Fliehgewichte wird die Reglermuffe in Achsrichtung verschoben. Außer dem Leerlauf, VolllastAngleichbereich und Abregeibereich steht die Reglermuffe still und die für die Fahr-

Abr gelbereich Reglerkennfeld des Leert.uf·EnddrehzahlreglerS RSF (Beispiel)

(Arbe,lsberelch der Regelfeder I

9

Endabr getung auf obere Nulllast· ｾ

drehlahl

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S

Beginn der leer-

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laufzusatzfedcr· Abschaltung

S

Startstetlung bei Versdliedene Verstellhebetwinkel

durchgetretenem

Fahrpedal (Kal tstart)

S· St.nstellung, wenn Fahrpedal nicht

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betatl{jt Wlfd (Warm·

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start)

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untere Nuillast· stellung obere Nulllast· stellung

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untere Nulllasl" drehzahl (La rlaufl "

obere Nulllastdrehzahl obere Vclilastdreh· zahl (Enddrehzahll

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Drehlahl bei Anglerchbeglnn

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Motordrehzahlll - - -

ＬＭ

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Regler für Reiheneinspritzpumpen

leistung notwendige Einspritzmenge wird über den Verstellhebel des Stellwerks eingestellt. Am Drehpunkt B ist der Führungshebel (9) beweglich mit der Reglermuffe verbunden. Außerdem bewegen sich Führungshebel und Spannhebel (16) um den Drehpunkt A.

Stellwerk Die Sollwerteingabe erfolgt vom Verstellhebel (6) über Lenk- (5) und Umlenkhebel (11) auf den Regelhebel (13) und über die Lasche (2) auf die Regelstange (4) der Einspritzpumpe. Die federnde Lasche kompensiert den Mehrweg des Regelhebels. Wie der Führungshebel ist auch der Umlenkhebel im Drehpunkt B der Reglermuffe beweglich eingehängt und zusätzlich über einen weiteren Anschlussbolzen mit dem Regelhebel (13) verbunden.

155

Mechanische Drehzahlregelung

Der untere Lagerpunkt des Regelhebels dient zum Einstellen der Volllastmenge durch die Volllast-Einstellschraube (19). Außerdem wirkt er als federnde Ausweichmöglichkeit für den Regelhebel, sodass bei Überdrehzahl der zusätzliche Muffenweg aufgenommen wird. An der nach außen geführten Lagerwelle des Anschlaghebels (3) ist ein Abstellhebel (1) befestigt, der zum Abstellen des Motors betätigt werden kann. Der Anschlaghebel zieht dabei die Regelstange in Richtung "Stopp".

Leerlauf·Enddrehzahlregler RSF

Bild 44 1 Ab.tellhebel

2 Lasche 3 Anschlaghebel 4 Regelslange 5 Lenkhebel (Innen) 6 VerStellhebel außen

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ＮｊｉｔＧＡｾｬＢ

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7 Volliastanschlag 8 EInstellschraube für Leerlaufdrehzahl

9 FOhrung shebel 10 Leerlaufanschlag

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11

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12 Leerlaufleder

Umlenkhebel

13 Regelhebel ＱＶ＠

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14 Leerlaufzusatzfeder 15 Elnslellschraube hlr Leerlaulzusatzfeder 16 Spannhebel 17 Regelfeder

18

18 Federkapsel (Angleichung) 19 Volllast·E,nstell· schraube

20 Reglermuffe

a. I===jt--- - 19

21

Leerlaulzusatzfeder· Abschaltung

22 FlIehgewIcht 23 Noc kenwelle der Elnspnl4pumpe

156

Regler für Reiheneinspritzpumpen

Bild 45 (N " j

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4 R \Je ,Iaog Versle hebe (außen

7 Vo Iaslanse:

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Umlenkhebe

13 Reg "ebel

Mechanische Drehzahlregelung

tu tcn d..: l\lotors Zum Starten des Motors ist die Bedienungsanleitung des Fahrzeugherstellers zu beachten. In der Regel kann der Motor ohne Betätigung des Fahrpedals gestartet werden. Nur bei tiefen Temperaturen und kaltem Motor wird der Verstellhebel (6) bis zum Volllastanschlag (7) - einem festen Anschlag am Reglergehäuse - vorgelegt, wobei das Fahrpedal ganz durchgedrückt ist (Bild 45). Der Umlenkhebel (11) bewegt sich um den Drehpunkt B und nimmt den Regelhebel (13) in Richtung Start mit. Dadurch verschiebt sich die Regelstange (4) in StartsteIlung, sodass der Motor die erforderliche Startmenge erhalten kann. Eine schnelle Abregelung aus der Startposition des Reglers wird dadurch ermöglicht, dass in Volllaststellung des Verstellhebels die Leerlaufzusatzfeder (14) durch eine Abschaltung (21) vom Führungshebel (9) abgedrückt wird. Rctriebsverhaltcll Leerlaufdrehzahl (Bild 46) Beim Entlasten des Fahrpedals nach dem Starten des Motors bringt eine Rückholfeder

(nicht gezeichnet) den Verstellhebel (6) in die LeerlaufsteIlung zurück. Dadurch liegt der Lenkhebel (5) an der Leerlaufanschlagschraube (10) an. Die Leerlaufdrehzahl stabilisiert sich während des Warmlaufs entlang der Leerlaufregelkurve bei Punkt L (Bild 43). Bei steigender Drehzahl schwenken die Fliehgewichte (22) nach außen und schieben die Reglermuffe (20) nach rechts. Beim Durchlaufen der Leerlaufstufe wird die Regelstange (4) durch die Muffenbewegung über den Umlenkhebel (11) und Regelhebel (13) in Richtung "Stopp" verschoben. Gleichzeitig schwenkt der Führungshebel (9) durch die Muffenbewegung um den Drehpunkt A und drückt gegen die Leerlaufblattfeder (12), deren Vorspannung (und damit die Leerlaufdrehzahl) über die Einstellschraube (8) einstellbar ist. Bei einer bestimmten Drehzahl legt sich der Führungshebel auch an die Einstellmutter der Leerlaufzusatzfeder (14) an.

14 Leer aufzusau der 21

Leerlauf·Enddrehzahlregler RSF in Kalt' lartstel/ung

leerLaufzusatzleder

Leerlauf· Enddrehzahlregler RSF in Leerlaufslel/ung

Abschallung

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10 Leerlaufanschlag 11

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12 Leerlaulfeder 13 Rege hebel

14 Leerlaufzus.luted r 15 Emstellschr3.ube lur Leerlaulzusatzfedl r 16 Federkapsel

Angle chungl 20 Reg ermulle 22 F ehgewt hl

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Regler tür Reiheneinsprilzpumpen

Zwischendrehzahl Nach dem Durchlaufen der Leerlaufstufe (a) kommen Reglermuffe (20) und Federkapsel (18) für die Angleichung zur Anlage. Im ungeregelten Bereich zwischen Leerlaufund Enddrehzahl verändern die Fliehgewichte (22) ihre Lage bis zum Erreichen der Enddrehzahl außer dem kleinen Weg für die Angleichung nicht mehr. Die Regelstangenlage und damit die Einspritzmenge wird über die Position des Verstellhebels (6) direkt gewählt, d. h. der Fahrer stellt die Fördermenge (z. B. um Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen oder Steigung zu befahren) mit dem Fahrpedal ein (Verstellhebelposition zwischen Leerlauf- und Volllastanschlag). Beim Durchtreten des Fahrpedals geht die Regelstange auf Volllastmenge.

Leerlauf' Enddrehzahlregler RSF in V0111aststellung

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17 Ｍ

ＱＸ＠

Mechanische Drehzahlregelung

157

Angleichung Bei vorgesehener Angleichung wird die Volllast-Fördermenge bei Überschreiten der Drehzahl n1 verringert, denn die auf die Reglermuffe (20) wirkende Fliehkraft überwiegt gegenüber der Kraft der in der Federkapsel (18) eingebauten Angleichfeder. Die Angleichfeder gibt nach und dadurch verschiebt sich die Regelstange (4) bei weiter steigender Drehzahl um den Angleichweg. Bei Drehzahl n2 ist die Angleichung beendet. Der RSF-Regler kann außer der positiven eine negative Angleichung enthalten. Die Regelstangenlage wird dabei durch eine Federkombination gesteuert. Enddrehzahl (Bild 47) Die Volllastmenge wird bei durchgetretenem Fahrpedal so lange eingespritzt, bis die obere Volllastdrehzahl11vo (Enddrehzahl) erreicht ist. Steigt die Motordrehzahl über die Volllastdrehzahl hinaus an reicht die Kraft der ausschwenkenden Fliehgewichte (22) aus, um die Regelfeder (17) zu überdrücken. Die Endabregelung setzt ein. Dabei steigt die Drehzahl noch etwas an, der Regelstangenweg wird durch die Verschiebung in Richtung "Stopp" kleiner und infolgedessen nimmt die Fördermenge ab. Der Abregelbeginn ist von der Vorspannung der Regelfeder abhängig. Die obere Nulllastdrehzahl nno stellt sich ein, wenn der Motor vollständig entlastet ist. Im Schubbetrieb bei Bergabwärtsfahrt wird der vom Fahrzeug angetriebene Motor beschleunigt. Dabei wird kein Kraftstoff eingespritzt (Schubabschaltung).

Still setzen des 1otor Durch manuelles Betätigen des Abstellhebels (1) wird die Regelstange (4) über den Anschlaghebel (3) in die "Stopp"-Stellung gezogen. Die Kraftstoffzufuhr wird unterbrochen und der Motor dadurch stillgesetzt. Das Stillsetzen kann auch durch eine pneumatisch betätigte Abstellvorrichtung erfolgen (siehe Abschnitt "Anpassvorrichtungen").

Bild 47 (Nur die am Regelvor'

gang beted'glen Bauledo Sind abgeblldel). 1

Abslellhebel

3 Anschlaghebel 4 Ragel'lange 17 Ragelleder

18 Federlulpsel (AngleIChung) 20 Reglermuffe 22 Fhehgewlchl

Regler tür Reiheneinsprilzpumpen

158

Anpassvorrichtungen

Anpassvorrichtu ngen Verstellhebelanschläge

An jedem Regler gibt es für den minimalen und den maximalen Verstellhebelwinkel je einen Anschlag. Wenn z. B. der Fahrer das Pedal voll durchtritt, schlägt der Verstellhebel an einer einstellbaren Anschlagschraube an. Verstellt man diese Schraube, so verändert sich • bei einem Leerlauf-Enddrehzahlregler der Regelweg, d. h. die Einspritzmenge, • bei einem Alldrehzahlregler die maximale Drehzahl. Diese Anschlagschraube ist plombiert, bei einem unbefugten Eingriff erlischt der Garantieanspruch. Am anderen Anschlag wird in der Regel der Leerlauf eingestellt. Der Anschlag kann starr oder federnd ausgeführt werden.

Starre Verstellhebelanschläge

larrer An chlag Bei einem starren Anschlag (Bild 1) muss die Einspritzausrüstung mit einer zusätzlichen Vorrichtung zum Abstellen des Motors ausgerüstet sein. Fede rnde r An chl ag Bei einem federnden Anschlag (Bilder 2 und 3) erreicht man nach Überdrücken der Leerlaufposition die StoppsteIlung . Bei Bedarf lässt sich der untere Anschlag auch auf "Stopp" einstellen; dann muss jedoch motorseitig ein Leerlaufanschlag vorhanden sein. An chläge fü r Mindermengen oder Zwi chend rehzahl Als Sonderausstattung gibt es Anschläge für eine Zwischenstellung des Verstellhebels: Je nach Reglertyp lässt sich mit einem "Mindermengenanschlag" die Volllastmenge vermindern bzw. mit einem "Zwischendrehzahlanschlag" eine Drehzahl unterhalb der Nenndrehzahl einstellen (Bild 4) . Anschläge für Mindermenge bei Leerlauf-Enddreh zahlregler bzw. fOr Zwischendrehzahl bei Alidrehzahlregler (Au6enansicht)

2

Bild 1 1

Anschlag für Leer· lauf (oder . SIOpp")

2

Anschlag fOr Volilasl· menge bei Leerlauf· Enddrehzahlregler

bzw. fOr Nenndreh· zahl bei AlIdrehzahl regler

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Bild 2

1

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2 3

Anschlaghebel Verstellhebelwelle

4

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beg,nnmark,erung

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Ernspntzpumpe

Regler für Reiheneinspritzpumpen

Dies sind Rechtecksignale mit konstanter Frequenz und variabler Einschaltzeit. Die Stromstärke des Einschaltstroms ist immer gleich. Die effektive Stromstärke, die für die Auslenkung des Ankers im Stellwerk sorgt, hängt vom Verhältnis der Einschalt- zur Ausschaltzeit ab. Eine kurze Einschaltzeit bewirkt einen niedrigen, eine lange Einschaltzeit einen hohen effektiven Strom. Die Frequenz des Signals ist auf das Stellwerk abgestimmt. Diese Art der Ansteuerung vermeidet Störungen, die sonst bei kleinen Strömen möglich wären. Hubschieber-Stellwerk

Hubschieber-Reiheneinspritzpumpen haben außer der Regelstange für die Einspritzmenge (Bild 3, Pos. 5) auch eine Verstellwelle (3) für den Spritzbeginn (siehe Kapitel "Hubschieber-Reiheneinspritzpumpen "). Diese Welle wird von einem weiteren Stell-

Elektrisches Stellwetlc

175

werk (1) über ein Kugelgelenk (2) verdreht. Ein niedriger effektiver Strom bewirkt einen kleinen Hub und damit einen späten Förderbeginn. Steigt der Strom an, wird der Förderbeginn in Richtung "Früh" verändert. PWM·Signale

a b

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Bild 2 a

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Feste Frequenz

vanable EInschaUzeit

Siellwetlce der Hubschieber·Reiheneinspritzpumpe

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4 Bild 3 Hubschlcber-Slellwerk (Förderbeglnn. Stellw rk)

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des Regelweg ' Stellwerks

5 6 7

Regelstange Regelweggeber Anschlussstecker

176

Hubschieber-Reiheneinspritzpumpen

Hubschieber-Reiheneinspritzpumpen Der Verminderung der Schadstoffe im Abgas wird bei Nutzfahrzeugen wachsende Aufmerksamkeit beigemessen_ Bei NkwDieselmotoren leisten hierzu hoher Einspritzdruck und optimaler Spritzbeginn einen wesentlichen Beitrag, was zur Entwicklung einer neuen Generation von Hochdruck-Reiheneinspritzpumpen führte: der Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe (Bild 1). Sie kann neben der Einspritzmenge auch den Einspritzbeginn unabhängig von der Motordrehzahl verändern_ Damit hat sie gegenüber der Standard-Reiheneinspritzpumpe einen zusätzlichen Freiheitsgrad. Hubschieber-Reiheneinspritzpumpen werden ausschließlich elektronisch geregelt.

Die Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe ist ein Teil des elektrischen Stellsystems, mit dem sich der Spritzbeginn und die Einspritzmenge in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussgrößen frei programmieren lassen (siehe Kapitel "Elektronische Dieselregelung EDC"). Diese Art der Steuerung ermöglicht • eine Minimierung der Schadstoffemission, • eine Verbrauchsoptimierung in allen Betriebszuständen, • eine exakte Kraftstoffzumessung und • eine wirksame Verbesserung der Startund insbesondere der Warmlaufphase.

Hubschieber· Reiheneinspri\zpumpe (Ansicht mit Teilschnill)

Bild 1 1 Pumpenzyllnder 2 Hubschleber 3 Regelstange 4 PlJmpenkolben 5 Nockenwelle (An· schluss zum MOlor) 6 Förderbeglnn· Stellwerk 7 Hubschieber· Verstellwelle 8 Regelweg · Stellmagnet 9 Regelweggeber 10 Anschlusssteder 11 Scheibe fur Förder· beginnblockIerung und Teil der Ölrüd·

12

förderpumpe 12 Vorförderpumpe

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Hubschieber-Reiheneinsprilzpumpen

Ein "steifer", für die hohen Antriebsmomente ausgelegter, vorgebauter Spritzversteller ist nicht mehr erforderlich.

177

Aufbau und Arbeitsweise

Hubschieber-ReiheneinspnlZpumpe Typ Hl000 (RP39) mit Steuergerät (Ansicht)

---I

Die Hubschieber- Reiheneinspritzpumpe gibt es in zwei Bauformen: • H 1 für 6 ... 8 Zylinder bis 1300 bar an der Einspritzdüse und • HlOOO mit größerer Förderleistung für 5 ... 8 Zylinder bis 1350 bar an der Einspritzdüse für Motoren mit größerem Kraftstoff-Mengenbedarf.

Aufbau und Arbeitsweise Die Hubschieber- Reiheneinspritzpumpe unterscheidet sich in ihrem Aufbau von einer Standard-Reiheneinspritzpumpe durch den auf dem Pumpenkolben gleitenden "Hubschieber" (Bild 3, Pos. 4). Der übrige Aufbau der Einspritzpumpe bleibt unverändert.

Hubsch,eber-Verstellmechanik

Der Hubschieber, der in einem "Fenster" (2) des Pumpenzylinders auf dem Pumpenkolben (l) läuft, ermöglicht einen verstellbaren Vorhub zur Veränderung des Förderbeginns und damit des Spritzbeginns. Mithilfe der Elektronik ermöglicht dies - im Vergleich zur Standard-Reihen einspritzpumpe - eine zweite Möglichkeit des Eingriffs zur Regelung der Reiheneinspritzpumpe. Ein an jedem Pumpenzylinder angeordneter Hubschieber nimmt die herkömmliche Absteuerbohrung auf (3). Eine HubschieberVerstellwelle mit Anlenkhebeln (6), die in die Hubschieber eingreifen, verstellt alle Schieber gemeinsam. Je nach Lage des Schiebers (unten oder oben) beginnt die Förderung relativ zum Nocken früher oder später. Über die bekannte Schrägkantensteuerung wird dann, wie bei StandardReiheneinspritzpumpen, die Einspritzmenge zugemessen.

Bild 3 t Pumpenkolben 2 .Fenster" fOr Hubsch,eber 3 Absteuerbohrung 4 Hubsch,eber 5 Regel.tange (Ein.pntzmenge) 6 Hubsch,eber· Verslellwelle

178

Hubschieber·Reiheneinspritzpumpen

Aulbau und Arbeitsweise

Hubphasenlolgen der Hubschieber· Re,heneinsprilZpumpe

Bild 4 a Unterer Totpunkt b Förderbeg,nn c

Förderende

2

3

d oberer Totpunkt 1 Druckvent,l

2 Hochdruckraum 3 Pumpenzyl,nder 4 Hubsch,eber

5 Steuerkante 6 Steuerbohrung (Förderbeg,nn) 7 ""mpenkolben 8 Kolbenleder 9 Rollenstößel

10 Antnebsnocken 11 Absteuerbohrung

11, Vomub

I., Nutzhub h, Resthub

Förderbeginn

Förderende

Sobald der Pumpenkolben (Bild 4b, Pos. 7) bei seiner Aufwärtsbewegung den "Vorhub" (h 1 ) zurückgelegt hat, verschließt die Unterkante des Hubschiebers (4) die Steuerbohrung (6) im Pumpenkolben. Danach wird Druck im Hochdruckraum (2) aufgebaut, und die Kraftstoff-Förderung beginnt. Die Änderung des Förderbeginns und damit eine Änderung des Spritzbeginns erfolgt durch ein Verstellen des Hubschiebers entlang des Pumpenkolbens. Eine Stellung des Hubschiebers näher am oberen Totpunkt bedeutet großen Vorhub und damit späteren Förderbeginn. Eine Stellung näher am unteren Totpunkt bedeutet kleinen Vorhub und früheren Spritzbeginn. Entsprechend der verwendeten Nockenform ändert sich dabei mit der Fördergeschwindigkeit auch die Förderrate (theoretische Menge des geförderten Kraftstoffs je Grad Nockenwinkel) bzw. der Einspritzdruck.

Nach dem "Nutzhub" (h 2 ) des Pumpenkolbens beendet die schräge Steuerkante (Bild 4c, Pos. 5) im Pumpenkolben und die Absteuerbohrung (11) im Hubschieber die Förderung. Durch das Verdrehen des Pumpenkolbens mit der Regelstange, lässt sich das Förderende und somit die geförderte Kraftstoffmenge wie bei der StandardReiheneinspritzpumpe variieren. Elektronische Regelung Aus den Eingangsdaten der im Kapitel

"Elektronische Dieselregelung EDC" gezeigten Sensoren und Sollwertgeber ermittelt das Steuergerät (Bild 5, Pos. 5) den Sollzustand der Einspritzpumpe. Es gibt daraufhin entsprechende elektrische Signale an die Stellwerke für Förderbeginn (1) und Einspritzmenge (4) an der Einspritzpumpe weiter.

Hubschieber· Reiheneinspritzpumpen

Regelung des Förderbeginns Die Einstellung des Förderbeginns wird über einen geschlossenen Regelkreis vorgenommen. Ein Nadelbewegungssensor in einem der Düsenhalter (in der Regel Zylinder 1) meldet dem Steuergerät den tatsächlichen Einspritzzeitpunkt. Daraus wird unter Berücksichtigung der Kurbelwellenstellung der "Istwert" des Spritzbeginns ermittelt. Dieser kann nun mit dem berechneten "Sollwert" verglichen und durch eine Stromregelung für das Förderbeginnstellwerk in Übereinstimmung gebracht werden. Das Förderbeginn-Stellwerk ist "strukturstabil" ausgelegt. Deshalb kann auf einen speziellen Weg-Rückmelder verzichtet werden. Strukturstabil bedeutet, dass Magnetund Federkraftlinien immer einen eindeutigen Schnittpunkt haben. Das heißt, es besteht immer ein Kräftegleichgewicht. So ist

Aufbau und Arbeitsweise

179

der Weg des Hubmagneten proportional zum eingespeisten Strom. Dies kommt einer Schließung des Regelkreises gleich. Regelung der Ein prit7menge Die vom Mikrocontroller im Steuergerät ermittelte Soll-Einspritzmenge wird mithilfe des "Lageregelkreises" eingestellt: Das Steuergerät gibt einen Soll-Regelweg für die Regelstange vor und empfängt vom Regelwegsensor (3, auch Regelweggeber RWG genannt) die Rückmeldung der Ist-Stellung. Das Steuergerät bestimmt die Stromstärke zur Ansteuerung des Stellwerks immer wieder neu und bringt damit Soll- und Istwert ständig zur übereinstimmung (geschlossener Regelkreis). Aus Sicherheitsgründen bringt eine Rückstell feder (2) die Regelstange bei stromlosem Stellwerk in die Stellung "Nullförderung".

Hubsclueber-Re.hene.nspntzpumpe Typ Hl (RP43) mit Steuerg rät

2 3

4

Bild 5 t Förderbeg.nnStellwerk 2 Ruckstenfeder

3 Regelwegsensor 4 Regelweg-Stellwerk

(Eonspntzmenge) 5 Steuergerät 6 Anschluss zum Motor

7 Nockenwelle 8 Hubseh.eber 9 Pumpenkolben

10 Druckvenlll

180

Systemübersicht der Verteilereinspritzpumpen

Anwendungsgebiete, Ausführungen

Systemübersicht der Verteilereinspritzpumpen Die Verbrennungsvorgänge im Dieselmotor hängen in entscheidendem Maße davon ab, wie der Kraftstoff von der Einspritzanlage aufbereitet wird. Die Einspritzpumpe spielt hierbei eine wesentliche Rolle. Sie erzeugt den zum Einspritzen benötigten Druck. Der Kraftstoff wird über Hochdruckleitungen zu den Einspritzdüsen gefördert und in den Brennraum eingespritzt. Kleine, schnell laufende Dieselmotoren erfordern eine Einspritzanlage mit hoher Leistungsfähigkeit, schnellen Einspritzfolgen, geringem Gewicht und kleinem Einbauvolumen. Die Verteilereinspritzpumpen erfüllen diese Forderungen. Sie bestehen aus einem kleinen, kompakten Aggregat, das Förderpumpe, Hochdruckpumpe und Regelung umfasst.

Anwendungsgebiete Seit der Einführung im Jahr 1962 wurde die Axialkolben -Verteilereinspritzpumpe zur meistverwendeten Einspritzpumpe in Pkw. Einspritzpumpe und Regler wurden ständig weiterentwickelt. Die Erhöhung des Einspritzdrucks war notwendig, um bei Motoren mit Direkteinspritzung eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs zu erzielen und geringere Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Insgesamt wurden bei Bosch zwischen 1962 und 2001 über 45 Millionen Verteilereinspritzpumpen gefertigt. Entsprechend vielfältig sind Ihre Bauformen und der Aufbau des Gesamtsystems. Axialkolben -Verteilereinspritzpumpen für Motoren mit indirekter Einspritzung (IDI) erzeugen Drücke bis zu 350 bar (35 MPa) an der Einspritzdüse. Für Motoren mit direkter Einspritzung (DI) werden sowohl Axialals auch Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen eingesetzt. Sie erzeugen Drücke bis 900 bar (90 MPa) für langsam laufende und bis zu 1900 bar (190 MPa) für schnell laufende Motoren.

Der mechanischen Regelung der Verteilereinspritzpumpen folgte die elektronische Regelung mit elektrischem Stellwerk. Später kamen dann Pumpen mit Hochdruckmagnetventil auf den Markt. Verteilereinspritzpumpen zeichnen sich neben ihrer kompakten Bauform auch durch ihre vielseitigen Einsatzbereiche bei Pkw, leichten Nkw, Stationärmotoren, Bauund Landmaschinen (Off Highway) aus. Nenndrehzahl, Leistung und Bauform des Dieselmotors geben den Anwendungsbereich und die Auslegung der Verteilereinspritzpumpe vor. Sie finden Anwendung für Motoren mit 3...6 Zylindern. Axialkolben -Verteilereinspritzpumpen werden für Motoren mit einer Leistung bis zu 30 kW pro Zylinder eingesetzt, Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen bis zu 45 kW pro Zylinder. Verteilereinspritzpumpen werden mit Kraftstoff geschmiert und sind daher wartungsfrei.

Ausführungen Man unterscheidet die Verteilereinspritzpumpen nach der Art ihrer Mengensteuerung, ihrer Regelung und ihrer Hochdruckerzeugung (Bild I). Art der Mengensteuerung Kantcngcstcucrte Einspritzpumpcn

Die Einspritzdauer wird über Steuerkanten, Bohrungen und Schieber verändert. Ein hydraulischer Spritzversteller verändert den Einspritzbeginn. Magnct\'en tilge teuer te Ein prilzpumpen

Ein Hochdruck-Magnetventil verschließt den Hochdruckraum und bestimmt so Einspritzbeginn und Einspritzdauer. Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen werden ausschließlich über Magnetventile gesteuert.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Systemübersicht der Verteilereinspritzpumpen

Ausführungen

Kurbelwellenwinkel und -drehzahl, Ladedruck, Ansaugluft-, Kühlmittel- und Kraftstofftemperatur, Fahrgeschwindigkeit usw.). Das Steuergerät steuert dann das Stellwerk bzw. die Magnetventile in der Einspritzpumpe entsprechend den Vorgabewerten an.

Art der Hochdruckerzeugung

Ax i,llkolhcn-Verlcilcrcinspril/pumpen VE:. Sie komprimieren den Kraftstoff mit einem Kolben, der sich axial zur Antriebswelle der Pumpe bewegt. R,ldi'llkolbcn-VCrlcilcrcinprillpumpcn VR Sie komprimieren den Kraftstoff mit mehreren Kolben, die radial zur Antriebswelle der Pumpe angeordnet sind. Mit Radialkolben können höhere Drücke als mit Axialkolben erzeugt werden. Art der Regelung

j\lechanischc Regelung Die Einspritzpumpe wird durch einen Regler mit Aufschaltgruppen aus Hebeln, Federn, Unterdruckdosen usw. geregelt. Elektronische Regelung Der Fahrer gibt den Drehmoment- bzw. Drehzahlwunsch über das Fahrpedal (Sensor) vor. Im Steuergerät sind Kennfelder für Start menge, Leerlauf, Volllast, Fahrpedalcharakteristik, Rauchbegrenzung und Pumpencharakteristik ein programmiert. Mit diesen gespeicherten Kennfeldwerten und den Istwerten der Sensoren wird ein Vorgabewert für die Stellglieder der Einspritzpumpe ermittelt. Dabei werden der aktuelle Motorbetriebszustand und die Umgebungsdaten berücksichtigt (z. B.

Mit der Elektronischen Dieselregelung EDC (Electronic Diesel Control) ergeben sich gegenüber der mechanischen Regelung viele Vorteile: • Geringerer Kraftstoffverbrauch, weniger Emissionen, höhere Leistung und Drehmoment durch verbesserte Mengenregelung und genaueren Spritzbeginn. • Niedere Leerlaufdrehzahl und Anpassung zusätzlicher Komponenten (z. B. Klimaanlage) durch verbesserte Drehzahlregelung. • Verbesserte Komfortfunktionen (z. B. Aktive Ruckeldämpfung, Laufruheregelung, Fahrgeschwindigkeitsregelung). • Verbesserte Diagnosemöglichkeiten. • Zusätzliche Steuer- und Regelfunktionen (z. B. Glühzeitsteuerung, Abgasrückführung ARF, Ladedruckregelung, elektronische Wegfahrsperre ) • Datenaustausch mit anderen elektronischen Systemen (z. B. Antriebsschlupfregelung ASR, elektronische Getriebesteuerung EGS) und damit eine Integration in das Fahrzeug-Gesamtsystem.

Ausfuhrungen der Vertederelnsprltzpumpen

Vertei lereinspritzpumpen Mengensteuerung

magnetventilgesteuert

kantengesteuert

Regelung

I

mechanisch geregelt

Hochdruckerzeugung

I

Axialkolbenpumpe

+

I

+ VE .. F

I

II

I

elektronisch geregelt (E DC)

+

+

I

+

Radialkolbenpumpe

I

+

VE .. EDC

I I

+ VE .. MV

I I

+ VR

I

j

z

181

Systemübersicht der Verteilereinspritzpumpen

182

Kantengesteuerte Sysleme

Kantengesteuerte Systeme Mechanisch geregelte Verteilereinspritzpumpen

,)

Be. Boolsmoloren 1St es genau ｵｭｧ･

ｾ＠

kehrt _HIer '51 das EUlB sl romlos geöffnet.

Die mechanische Regelung wird ausschließlich bei Axialkolben-Verteilereinspritzpumpen angewendet_ Ihr Vorteil liegt in der kostengünstigen Herstellung und der relativ einfachen Wartung. Die mechanische Drehzahlregelung erfasst die verschiedenen Betriebszustände und gewährleistet eine hohe Qualität der Gemischaufbereitung. Zusätzliche Aufschaltgruppen passen Einspritzzeitpunkt und -menge an die verschiedenen Betriebszustände des Motors an: • Motordrehzahl, • Motorlast, • Motortemperatur, • Ladedruck und • Atmosphärendruck.

Zur Diesel-Einspritzanlage (Bild 1) gehören neben der Einspritzpumpe (4) der Kraftstoffbehälter (11), das Kraftstofffilter (10) , die Kraftstoff-Vorförderpumpe (12), die Düsenhalterkombination (8) und die Kraftstoffleitungen (1,6 und 7).Wichtige Komponenten des Einspritzsystems sind die Einspritzdüsen in der Düsenhalterkombination. Ihre Bauart beeinflusst den Einspritzverlauf und das Strahlbild wesentlich. Das Elektrische Abstellventil ELAB (5) unterbricht bei ausgeschalteter "Zündung" die Kraftstoffzufuhr zum Pumpenhochdruckraum. 1) Über das Fahrpedal (3) und einen Seilzug bzw. ein Gestänge (2) wird die Fahrervorgabe an den Regler der Einspritzpumpe übertragen. Außerdem können auch die Leerlauf-, Zwischen-, und Enddrehzahlen mit entsprechenden Aufschaltgruppen geregelt werden. Die Bezeichnung VE .. F steht für Verteilereinspritzpumpe, fliehkraftgeregelt.

Elnspril2syslem mil mechanisch geregelter Axialkolben-Verteilereinsprltzpumpe VE .. F Bild 1

1 Kra/15loflzulellung 2 Geslänge

3 Fahrpedal 4 Verteileretnspntzpumpe Elekt"sches Abslellvenlll EUlB 6 Hochdruck-KraHstoffleitung KraHstolfrückle'lung

8 ousenhalterkombination

9 GluhsbH kerze GSK 10 KraHslofff.ller 11

Krahslotfbehälter

12 KrahSlofl-Vorförderpumpe (nur bel langen LeIlungen oder groSem HöhenunlerschIed zwIschen Krahslotfbehäller und Elnspnlzpumpe)

o

13 BaUerle 14 Glüh-Slart-Schaller

(,Zündschloss") 15 GIUhzellsleuergerlil GlS 16 o,eselmolor (101)

13

14

16

Systemübersicht der Verteilereinspritzpumpen

Elektronisch geregelte Verteilereinspritzpumpen

Die Elektronische Dieselregelung EDC berücksichtigt gegenüber der mechanischen Regelung zusätzliche Anforderungen. Sie ermöglicht durch elektrisches Messen, flexible elektronische Datenverarbeitung und Regelkreise mit elektrischen Steilem eine erweiterte Verarbeitung von Einflussgrößen, die mit der mechanischen Regelung nicht berücksichtigt werden können. Bild 2 zeigt die Komponenten einer voll ausgestatteten Einspritzanlage mit elektronisch geregelter Axialkolben-Verteilereinspritzpumpe. Je nach Einsatzart und Fahrzeugtyp entfallen einzelne Komponenten. Das System besteht aus vier Bereichen: • Kraftstoffversorgung (Niederdruckteil), • Einspritzpumpe, • Elektronische Dieselregelung EDC mit den Systemblöcken Sensoren, Steuergerät und Stellglieder (Aktoren) sowie • Peripherie (z. B. Turbolader, Abgasrückführung und Glühzeitsteuerung).

183

Kantengesteuerte Systeme

Das Magnetstellwerk in der Verteilereinspritzpumpe (Drehstellwerk) tritt an die Stelle des mechanischen Reglers und der Aufschaltgruppen. Es greift über eine Welle am Regelschieber für die Einspritzmenge ein. Die Absteuerquerschnitte werden wie bei der mechanisch geregelten Einspritzpumpe je nach Position des Regelschiebers früher oder später freigegeben. Im Steuergerät wird unter Berücksichtigung der gespeicherten Kennfeldwerte und der Istwerte der Sensoren ein Vorgabewert für die Position des Magnetstellwerks in der Einspritzpumpe ermittelt. Ein Winkelsensor (z. B. ein Halbdifferenzial-Kurzschlussring-Sensor) meldet den Drehwinkel des Stellwerks und damit die Lage des Regelschiebers an das Steuergerät zurück. Der von der Drehzahl abhängige Pumpeninnenraumdruck wirkt über ein getaktetes Magnetventil auf den Spritzversteller, worauf dieser den Spritzbeginn verändert.

Bild 2 1 Kraltstoffbehälter

2 Kraltstofffiltcr 3 Vertellereln spntzpumpe mit Magnet· sleilwerk, Regel·

wegsensor und Kraltslolltemperalur'

sensor 4 Eleklnsches Abslellvenlll ELAB 5 Spntzversleller· Magnetvenlll

6 DOsenhalterkombl-

nalron mit Nadelbewegungssenso< (melslens Zylinder 1:

Einsprit1system mit elektronisch geregeIler Axialkolben-Verteilereinsprit1pumpe VE .. EDC

7 Glühslillkerze GSK

ｾ＠

8 MotortemperatuJ ' sensor (Im Kuhl-

ｾ＠

J

mlttelkrelslaul)

9 Kurbelwellendrehzahlsensor 10 D,eselmolor (01)

11

Motorsteuergerat MSG

12 G luhzell steuergerat

GZS 13 FahrgeschwIndIg-

keItssensor 14 Fahrpedalsensor

15 Bed,enlelllOr Fahr· geschwlndlgkells' regler 16

Glüh -Start-Schalter (.Zundschloss·)

17 BaUene 18 DIagnoseschnoll' SI 110

+ 11

19 Lulllomp ralur' sensor

12 17

20 Ladednucksensor 21

Abgaslurbolader

22 Luflmassenmesser

184

System übersicht der Verleilereinspritzpumpen

Magnetventilgesteuerte Systeme

Steuergerätekonfiguration

Magnetventilgesteuerte Systeme Magnetventilgesteuerte Einspritzsysteme erlauben eine größere Flexibilität bei der Kraftstoffzumessung und der Variation des Einspritzbeginns als die kantengesteuerten Systeme. Sie ermöglichen auch die Voreinspritzung zur Geräuschreduzierung sowie die zylinderindividuelle Mengenkorrektur. Das Einspritzsystem mit magnetventilgesteuerten Verteilereinspritzpumpen besteht aus vier Bereichen (Bild 1): • Kraftstoffversorgung (Niederdruckteil), • Hochdruckteil mit allen Einspritzkomponenten, • Elektronische Dieselregelung EDC mit den Systemblöcken Sensoren, Steuergerät(en) und Stell glieder (Aktoren) sowie • den Luft- und Abgassystemen (Luftversorgung, Abgasnachbehandlung und Abgasrückführung) .

Getrennte teuergeräte Dieseleinspritzanlagen mit magnetventilgesteuerten Verteilereinspritzpumpen (VE ..MV [VP30], VR [VP44] für DI-Motoren und VE .. MV [VP29] für IDI-Motoren) der ersten Generation benötigten zwei Steuergeräte für die Elektronische Dieselregelung: ein Motorsteuergerät MSG und ein Pumpensteuergerät PSG. Diese Aufteilung hat zwei Gründe: Einerseits wird eine Überhitzung bestimmter elektronischer Bauelemente in direkter Pumpen- und Motornähe vermieden. Andererseits wird durch kurze Ansteuerleitungen für das Magnetventil der Einfluss von Störsignalen ausgeschlossen, die aufgrund der teilweise sehr hohen Ströme (bis zu 20 A) entstehen können. Während das Pumpensteuergerät die pumpeninternen Sensorsignale für Drehwinkel und Kraftstofftemperatur erfasst und für die

Systembereiche einer MotorSteuerung mit magnelventilgesleuerten

Kraftst offversorgung ( Niederdruckteil)

ｶ･ｲｴＬｬｮｳｰｩ

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Luft- und Abg assyst eme

_._._-_._-_._-------, EDC

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getrennten Steuergeräten

Hochdruckteil

- - Signale . . . Dieselkraftstoff

Systemübersicht der Verteilereinspritzpumpen

Anpassung des Einspritzzeitpunkts verwertet, verarbeitet das Motorsteuergerät alle von externen Sensoren aufgenommenen Motorund Umgebungsdaten und errechnet daraus die an der Einspritzpumpe vorzunehmenden Stelleingriffe. Motor- und Pumpensteuergerät kommunizieren über eine CAN-Schnittstelle. Integrierte teuergerät Hitzebeständige Leiterplatten in Hybridtechnik haben es möglich gemacht, bei magnetventilgesteuerten Verteilereinspritzpumpen der zweiten Generation das Motorsteuergerät im Pumpensteuergerät zu integrieren. Diese Steuergeräteintegration erlaubt eine Platz sparende Bauweise.

185

Magnetventilgesteuerte Systeme

Abgasnachbehandlung

Verschiedene Maßnahmen verbessern die Emissionen. Dies sind zum Beispiel die Abgasrückführung, die Formung des Einspritzverlaufs (z. B. Voreinspritzung) und die Erhöhung des Einspritzdrucks. Um die immer strenger werdenden Abgasvorschriften einhalten zu können, wird jedoch bei manchen Fahrzeugen eine Abgasnachbehandlung erforderlich sein. Verschiedene Systeme zur Abgasnachbehandlung werden derzeit entwickelt. Welche sich durchsetzen werden, ist derzeit noch offen. Die wichtigsten dieser Systeme sind in einem eigenständigen Kapitel beschrieben.

Beispiel einer Diesel·EmsprilZanlage mit magnetventdgesteuener Radialkolben'YertellereinspnlZpumpe und getrenntem Motor· und Pumpensteuergerät

2

4

Bild 2

3

t

5

Motor steuergerat MSG

2 GIOhzcl tsteuergerat

6

GZS

3 Kraftstofffilter 4 Luftmassenmesser

7

5 Düsenhalter·

kombination

6 Glühstlftk r

I!!

c: c: ｾ＠

CO

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ｾ＠

prilzverzug (SV) Die Förderung des Kraftstoffs beginnt nach dem Verschluss des Zulaufquerschnitts im Verteilerkörper durch den Verteilerkolben (Förderbeginn [FB]). Es baut sich eine Druckwelle auf, die beim Erreichen der Einspritzdüse zur Einspritzung führt (Spritzbeginn [SB l). Diese Druckwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit in der Einspritzleitung aus. Die dafür benötigte Zeit ist im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl. Bestimmt wird die Ausbreitungszeit der Druckwelle von der Länge der Einspritzleitung und der Schallgeschwindigkeit, die in Dieselkraftstoff ca. 1500 m/s beträgt. Man bezeichnet die benötigte Zeit zwischen Förder- und Spritzbeginn als Spritzverzug.

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Der Spritzbeginn eilt also dem Förderbeginn nach. Wegen diesem Effekt öffnet die Einspritzdüse (bezogen auf die MotorkolbensteIlung) bei hoher Drehzahl später als bei niedriger Drehzahl. Das bedarf einer Korrektur durch Vorverlegen des Förderbeginns abhängig von der Motor- bzw. Einspritzpumpendrehzahl.

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0 Bild 1 Verbrennungsdruck

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2

NW CI

Zünd verzug (ZV ) Nach dem Einspritzvorgang benötigt der Dieselkraftstoff eine bestimmte Zeit, um in den gasförmigen Zustand überzugehen und mit der Luft ein entzündbares Gemisch zu bilden. Diese Gemischaufbereitungszeit ist unabhängig von der Motordrehzahl. Der dafür benötigte Zeitraum zwischen Spritzbeginn (SB) und Verbrennungsbeginn (VB)

2

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Kompressionsdruck

FB Förderbeg inn

6

SB Sprltzbeg,nn

4

SV Sp"tzverzug VB Verbrennungsbeg,nn

2

LI! ZOndverzug

o

-16 -12

-8

-4 -20T2 4

8

SE Spritzende

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12 16 &;

QNW vor OT °NW nach OT Nockenweilenwinkel

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VE Verbrennung sende UT unterer Totpunkt des Motorkolbens OT oberer Totpunkt des Motorkolbens

Au/schaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

212

Spritzversteller

wird beim Dieselmotor Zündverzug (ZV) genannt. Beeinflusst wird der Zündverzug von • der Zündwilligkeit des Dieselkraftstoffs (bestimmt durch die Cetanzahl), • dem Verdichtungsverhältnis, • der Lufttemperatur und • der Kraftstoffzerstäubung. In der Regel beträgt die Zeitdauer für den Zündverzug etwa eine Millisekunde. Bei konstantem Einspritzbeginn und steigender Motordrehzahl vergrößert sich der Kurbelwellenwinkel zwischen Spritzbeginn und Verbrennungsbeginn, sodass der Verbrennungsbeginn - bezogen auf die MotorkolbensteIlung - nicht mehr im richtigen Moment stattfinden kann.

Der Förderbeginn der Verteilereinspritzpumpe kann durch den hydraulischen Spritzversteller drehzahlabhängig gegen die Kurbelwelle des Dieselmotors vorverlegt werden, um den Spritz- und Zündverzug zu kompensieren. Dadurch wird die günstigste Verbrennung und die bestmögliche Leistung eines Dieselmotors bei allen Drehzahlen erreicht. Förderende und Verb rennungsende Nach dem Öffnen des Absteuerquerschnitts fällt der Pumpenhochdruck ab (Förderende), und die Düsennadel schließt (Spritzende, SE). Darauf folgt das Verbrennungsende (VE). Das Förderende wird indirekt über den Spritzversteller verschoben, da das Förderende vom Förderbeginn und der Stellung des Regelschiebers abhängt.

Axialkolben·Verteilereinspritzpumpe mit hydraulischem Spritzversteller

Bild 2

1

Rollennng

2

Rollen des Rollen·

3

Gletlsteln

4 5

Bolzen Spnlzve,slelle,·

nngs

ｾｯｬ｢･ｮ＠

6

Hubscheibe

7

Venellerkolben

Aufschaltgruppen für Verteilereinsprilzpumpen

Aufbau

Der hydraulische Spritzversteller ist im Gehäuse der Verteilereinspritzpumpe an der Unterseite quer zur Pumpenlängsachse eingebaut (Bild 2 und 3). Hierbei wird der Spritzverstellerkolben (Bild 3, Pos. 7) im Pumpengehäuse (1) geführt. Auf beiden Seiten ist das Gehäuse durch einen Deckel (6) geschlossen. Im Spritzverstellerkolben befindet sich eine Bohrung (5), die den Kraftstoffzulauf ermöglicht, während auf der gegenüberliegenden Seite eine Druckfeder (9) angeordnet ist. Der Spritzverstellerkolben ist über einen Gleitstein (8) und einen Bolzen (4) mit dem Rollenring (2) verbunden.

Spritzversteller

213

Arbeitsweise des hydraulischen Spritzverstellers

a

Arbeitsweise

Bei der Verteilereinspritzpumpe wird der Spritzverstellerkolben von der vorgespannten Spritzverstellerfeder in der Ruhestellung gehalten (Bild 3a) . Während des Betriebs wird mit dem Druckregelventil der Kraftstoffdruck im Pumpeninnenraum proportional der Drehzahl reguliert. Infolgedessen wird die der Spritzverstellerfeder entgegengesetzte Kolbenseite mit dem im Pumpeninnenraum wirksamen drehzahlproportionalen Kraftstoffdruck beaufschlagt. Erst ab einer Pumpendrehzahl von z. B. 300 min- 1 überwindet der Kraftstoffdruck (Pumpeninnenraumdruck) die Federvorspannkraft und verschiebt den Spritzverstellerkolben gegen die Feder (hier nach links, Bild 3b). Die axiale Kolbenbewegung wird über den Gleitstein und den Bolzen auf den drehbar gelagerten Rollenring übertragen. Dadurch ändert sich die Zuordnung von Hubscheibe und Rollenring so, dass die sich drehende Hubscheibe von den Rollen des Rollenrings zu einem früheren Zeitpunkt angehoben wird. Die Rollen mit Rollenring sind also drehzahlabhängig gegen die Hubscheibe und den Verteilerkolben um einen definierten Winkel verdreht (a). Der maximal mögliche Winkel liegt üblicherweise bei zwölf Grad Nockenwellenwinkel (24 Grad Kurbelwellenwinkel ).

6

9

8

7

b

Bild 3

a

Ruhestellung

b

Betnebsstellung

2 3

Rollennng Rollen des Rollen·

4

Bolzen

5

Bohrung ,m Spntz·

6

Deckel

Pumpengehäuse

nngs

verstellerkolben

, i.. a

Spntzverstelle,· kolben ｾ＠

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Gleltste,n Spntzverstellerfeder Verdrehw,nkel des Rollennngs

Aufschallgruppen für Verteilereinspritzpumpen

214

Mechanische Anpassvorrichtungen

Mechanische Anpassvorrichtungen

menwirken von Grundgerät und Anpassvorrichtungen der Verteilereinspritzpumpe (Bild 2) .

Anwendung

Die Verteilereinspritzpumpe ist nach dem Baukastenprinzip konstruiert und kann entsprechend den Motoranforderungen mit verschiedenen Zusatzvorrichtungen ausgestattet sein (z. B. Bild 1). Dadurch ergeben sich vielfältige Anpassungsmöglichkeiten, um ein Optimum an Drehmoment, Leistung, Kraftstoffverbrauch und Abgaszusammensetzung zu erreichen. In der Übersicht sind die Anpassvorrichtungen und deren Einflüsse auf den Dieselmotor zusammengefasst. Das Blockschaltbild zeigt das Zusam-

Angleichung

Unter Angleichung versteht man die drehzahlabhängige Anpassung der KraftstoffFördermenge an die Volllastbedarfs-Kennlinie des Motors. Bei besonderen Forderungen an die Volllastcharakteristik (Optimierung der Abgaszusammensetzung, der Drehmomentcharakteristik und des Kraftstoffverbrauchs) kann eine Angleichung erforderlich sein.

AluaIkolben·Verte,lere,nspnlZpumpe (VE..F) mrt mechanISChen Anpassvomchtungen, Potenzoomete, und ｓｰｮＱｚｖ･ｲｳｴｬﾷｍ｡ｧｶ

Bild 1 1 PoletlZJOlTleler 2

Hydraulischer

I·

slartbeschleunl{jf!' KSB

3

tbarer lastabhängoget FOt· defbeg,nn ALFB

4

Anschlussstecke.

S

pneumalooche Leer'

laufanhebung PlA

6

Hydnwlosch belJlt'llto !er chung HBA

ｾ＠ (AnSICht)

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

BlocIcachallbold der Venellerelnspr1tzpumpe VE ｭｾ＠

215

Mechanische Anpassvorrichtungen

mechanlschlhydraullscher VoiliaslangletChung

Ladedruckabhängiger Volliaslanschlag LDA $1

.rung der Fordennenge In AbhaJIgtg

,I vom I.Adedruck (bei Moloren mrt Abgastu,boIacIer).

Hydr.uhsch boelahgte AngIeIchung HBA Steuerung de, FoIdennenge '" Abhang,gk... t von d

D,ehzahl (ntChl bei aufgeladenen Motoren mit LDA).

Laslabhang iger Forderbes,nn LFB n. um G r usel>- und boesonders d ... Abgasemtaoon zu .ermlndern.

F6rde


ｾ＠

f'l

l1ldedruck

M, Drehpunkt für 3

220

Autschaltgruppen tür Verteilereinspritzpumpen

Mechanische Anpassvorrichtungen

Bei sinkendem Ladedruck drückt die Druckfeder unterhalb der Membran den Verstellbolzen nach oben. Die Verstellbewegung der Reglermechanik erfolgt in entgegengesetzter Richtung, und die Kraftstoffmenge wird entsprechend dem sich ändernden Ladedruck reduziert. Bei Ausfall des Laders geht der LDA in seine Ausgangsstellung zurück und begrenzt die Volllastmenge so, dass eine rauch freie Verbrennung gewährleistet ist. Die Volllastmenge mit Ladedruck wird mit der Volllastanschlagschraube im Reglerdeckel eingestellt.

Atmosphärendruckabhängige Anpassung

In Höhenlagen ist die angesaugte Luftmasse wegen der geringeren Luftdichte kleiner. Die eingespritzte Volllastmenge kann nicht vollständig verbrannt werden. Es kommt zu Rauchentwicklung, und die Motortemperatur steigt. Um dies zu verhindern, ist ein atmosphärendruckabhängiger Volllastanschlag von Vorteil. Er verändert die Volllastmenge in Abhängigkeit vom Umgebungsluftdruck.

Axialkolben·Verteilereinspntzpumpe mit ladedruckabhängigem Volliastanschlag (ScI1niubild)

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

Atmo phärendruckabhängiger Vollla tan chlag ADA Aufbau Der konstruktive Aufbau des ADA der Verteilereinspritzpumpe ist identisch mit dem des Ladedruckabhängigen Volllastanschlags. Hinzu kommt eine Steuerdose, die an einem Unterdrucksystem (z. B. Servobremssystem) angeschlossen ist. Die Steuerdose sorgt für einen konstanten Referenzdruck von 700 mbar (Absolutdruck). Arbeitsweise Die obere Membranseite des ADA wird vom Atmosphärendruck beaufschlagt. An der Unterseite liegt der durch die Steuerdose konstant gehaltene Referenzdruck an. Verringert sich der Atmosphärendruck (z. B. durch Fahren in großer Höhe), so bewegt sich der Verstellkolben in vertikaler Richtung weg vom unteren Anschlag. Über den Umlenkhebel wird wie beim LDA ein Herabsetzen der Einspritzmenge erreicht.

Mechanische Anpassvorrichtungen

221

Lastabhängige Anpassung

Lastabhängiger Förderbeginn L B Aufgabe Der Einspritz-Zeitpunkt - und somit der Förderbeginn - muss in Abhängigkeit von der Belastung des Dieselmotors in Richtung "Früh" oder "Spät" verstellt werden. Der lastabhängige Förderbeginn (früher auch LAFB genannt) ist so ausgelegt, dass bei fallender Last (z. B. von Volllast auf Teillast) und bei unveränderter Drehzahl-Verstellhebellage eine Verstellung des Förderbeginns in Richtung "Spät" vorgenommen wird. Bei zunehmender Last erfolgt eine Verstellung des Förderbeginn-Zeitpunkts in Richtung "Früh". Mit dieser Anpassung erzielt man einen weicheren Motorlauf und sauberes Abgas in Teillast und Leerlauf. Einspritzpumpen mit LFB können an der fertigungsbedingt eingepressten Kugel erkannt werden (Bild 10, Pos. 10).

Reglergruppe mit lastabhängigem Förderbeginn (Aulbau)

3 Bild 10 1 Regelleder 2 Reglermuffe 3 Spannhebel

4

4

Starthebel

5 Regelschieber

M2

6 Vertellerkolbcn 7 Reglerachse

8 Alehgewichl

5 ｾ＠ cio

6

'" ｾ＠'"

9 Pumpengehäuse 10 Kugel 11 Drehzahl·Verstell· hebel

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:::l

ｾ＠

M, Drehpunkt 'ur 3 und 4.

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

222

Mechanische Anpassvorrichtungen

Aufbau Die Anpassung "Lastabhängiger Förderbeginn" (Bild 10) wird durch Modifikationen an Reglermuffe (2), Reglerachse (7) und Pumpengehäuse (9) realisiert. Hierbei ist die Reglermuffe mit einem zusätzlichen Steuerquerschnitt und die Reglerachse mit einer Ringnut, einer Längsbohrung sowie mit zwei Querbohrungen versehen. Im Pumpengehäuse ist eine weitere Bohrung vorhanden, sodass durch diese Anordnung eine Verbindung von Pumpeninnenraum zur Saugseite der Flügelzellen-Förderpumpe gegeben ist.

Arbeitsweise Der Spritzversteller verstellt bei steigender Drehzahl infolge steigenden Pumpeninnenraumdrucks den Förderbeginn in Richtung "Früh". Mit einer durch den LFB verursachten Druckminderung im Pumpeninnenraum lässt sich eine (relative) Verschiebung nach "Spät" erzielen. Die Steuerung erfolgt von der Ringnut der Reglerachse und dem Lastabhängiger Förderbeginn (Arbeitsweise)

Bild 1 1 aStartstellung (Ausgangsstellung) b

Volllaststellung kurz vor der Auf· sleucrung

c

a

Aufsteuertlng (Drucksenkung Im

d

6 7

5

Innenraum) Abschaltbarer Lastabhanglger Forderbcglnn ALFB I

b

Langsbohrung der Reglerachse

2 3

Reglerachse Steuerquerschnitt

c

der Reglermuffe 4 5

Reglermuffe Ouerbohrung der Reglerachse

6

Steuerkante der RIngnut der Regler

7

Ouerbohrung der

2

achse

Reglerachse 8

Magnetven"l

9

Flugeizellenpumpe

9

Steuerquerschnitt der Reglermuffe. Mit dem Drehzahl-Verstellhebel (11) kann eine bestimmte Volllastdrehzahl vorgegeben werden. Ist diese Drehzahl erreicht und die Last kleiner als Volllast, so steigt die Drehzahl weiter an. Dann bewegen sich die Fliehgewichte (8) nach außen und verschieben die Reglermuffe. Damit wird zum einen im Rahmen der normalen Regelfunktion die Fördermenge reduziert, und zum andren wird der Steuerquerschnitt der Reglermuffe von der Steuerkante der Ringnut in der Reglerachse aufgesteuert (geöffnet, Bild 11). Ein Teil des Kraftstoffs fließt jetzt über die Längs- und Querbohrungen der Reglerachse zur Saugseite und bewirkt im Pumpeninnenraum eine Druckverringerung. Durch diese Druckverringerung ergibt sich eine neue Lage des Spritzverstellerkolbens. Dadurch wird der Rollenring zwangsläufig in Pumpendrehrichtung verdreht, was eine Förderbeginnverstellung in Richtung "Spät" zur Folge hat. Bleibt die Verstellhebellage gleich und die Last erhöht sich wieder, so verringert sich die Drehzahl. Die Fliehgewichte bewegen sich nach innen und die Reglermuffe wird so verschoben, dass der Steuerquerschnitt der Reglermuffe verschlossen wird. Der Kraftstoff im Pumpeninnenraum kann nicht mehr zur Saugseite fließen und der Innenraumdruck erhöht sich. Der Spritzverstellerkolben führt eine Bewegung entgegen der Spritzverstellerfederkraft aus, der Rollenring wird entgegen der Pumpendrehrichtung verstellt und der Förderbeginn wieder in Richtung "Früh" verlegt. Ab chaltbarer La tabhängiger örderbeginn Der LFB kann zur Senkung der He-Emissionen bei kaltem Motor abgeschaltet werden « 60° C). Dazu wird ein Magnetventil (8) geschlossen, sodass kein Kraftstoff abfließen kann. Das Magnetventil ist stromlos geöffnet.

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

Kaltstartanpassung

Die Kaltstartanpassung verbessert die Kaltstarteigenschaften des Dieselmotors durch Verstellen des Förderbeginns in Richtung "Früh". Sie erfolgt entweder durch den Fahrer vom Fahrzeuginnenraum über einen Seilzug oder automatisch durch eine temperatur abhängige Verstelleinrichtung (Bild 13).

Der Kugelbolzen greift am Rollenring in eine Längsnut ein. Damit kann der Spritzverstellerkolben den Rollenring erst ab einer bestimmten Drehzahl noch weiter in Richtung "Früh" verstellen. Mechanischer Kaltstartbeschleuniger (Schnitt)

12

Mechanischer Kalt tartbeschleuniger K B am Rollenring Aufbau Der KSB ist am Pumpengehäuse angebracht. Hierbei ist der Anschlaghebel (Bild 13, Pos. 3) über eine Welle (Bild 12, Pos. 12) mit dem inneren Hebel verbunden, an dem ein Kugelkopf (3) exzentrisch angeordnet ist und in den Rollenring eingreift. Die Ausgangsposition des Anschlaghebels ist durch den Anschlag und die Schenkelfeder (13) vorgegeben. An der Oberseite des Anschlaghebels ist der Seilzug befestigt, der eine Verbindung zur manuellen bzw. zur automatischen Verstelleinrichtung herstellt. Die automatische Verstelleinrichtung ist mit einem Halter an der Verteilereinspritzpumpe befestigt (Bild 13), während sich die manuelle Betätigungseinrichtung im Fahrzeuginnenraum befindet. Es gibt auch eine Ausführung, bei der die Verstelleinrichtung am Spritzverstellerkolben eingreift.

223

Mechanische Anpassvorrichtungen

1

3 4

Bild 12

1 Hebel 2 EInstelltenster

3 Kugelkopf 4 Längsnut

5 Pumpengehäuse 6 Rollennng 7 Rollen des Rollen· nngs

8 SpntzverStelier' kolben

9 Bollen 10 Gleltstem

11

11 SpntzverSlell rfeder 12 Welle t3 Schenkelfeder

10 9

Mechanischer Kaltstartbeschleuniger, VerStell· einrichtung automatisch betätigt (Kaltstellung)

2

Arbeitsweise Automatischer und manuell betätigter Kaltstartbeschleuniger unterscheiden sich nur durch die äußere Verstelleinrichtung. Die Arbeitsweise ist gleich. Bei nicht betätigtem Seilzug drückt die Schenkelfeder den Anschlaghebel gegen den Anschlag. Kugelkopf und Rollenring (6) befinden sich in der Ausgangsstellung. Die Betätigungskraft am Seilzug bewirkt, dass der Anschlaghebel und die Welle sowie der innere Hebel mit dem Kugelbolzen verdreht werden. Durch diese Drehbewegung verändert der Rollenring seine Lage, und der Förderbeginn erfolgt zu einem früheren Zeitpunkt.

Bild 13

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KlemmsfOck

2 3

Anschlaghebel

Seilzug

4

Schenkelfeder

5 6

KSB,Verslelihebel

von Kühlmittel· und Umgebungstemperatur abhängige Steuervomchtung

224

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

Mechanische Anpassvorrichtungen

Wird der Kaltstartbeschleuniger vom Fahrer betätigt (Spritzversteller-KSB), so bleibt unabhängig von der vom Spritzversteller gesteuerten Verstellung (Bild 14a) eine Verstellung von etwa 2,5 0 NW bestehen (b). Beim automatischen Kaltstartbeschleuniger hängt dieser Betrag von der Motortemperatur beziehungsweise von der Umgebungstemperatur ab. Die automatische Verstellung erfolgt mithilfe einer Steuervorrichtung, bei der ein temperaturabhängiges Dehnstoffelement die Unterschiede der Motortemperatur in eine Hubbewegung umsetzt. Der Vorteil dabei ist, dass je nach Temperatur immer der bestmögliche Förderbeginn bzw. Einspritzzeitpunkt eingestellt wird. Je nach Drehrichtung und Anbauseite gibt es verschiedene Hebelanordnungen und Betätigungseinrichtungen. Temperalurabhängige L erlaufa nheb ung TLA Die TLA wird ebenfalls durch die Steuervorrichtung betätigt und ist mit dem automatischen KSB kombiniert (Bild 15). Hierzu drückt der Kugelbolzen des verlängerten KSB-Verstellhebels im kalten Motorzustand gegen den Drehzahl-Verstellhebel und hebt diesen von der Leerlaufanschlagschraube ab. Wirkung des mechanischen Kaltstarlbeschleunigers KSB

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Bild 14

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Vom SpnlZverstelier gesteuerte ｖ･ｲｳｴｬ ｾ＠

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Bild 15

1

Drehzahl·Verstell· hebel

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Pumpendrehzahl p

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Dadurch wird die Leerlaufdrehzahl erhöht und ein unrunder Lauf des Motors vermieden. Bei warmem Motor liegt der KSB-Verstellhebel an seinem Anschlag. Infolgedessen liegt auch der Drehzahl-Verstellhebel an der Leerlaufanschlagschraube, und die temperaturabhängige Leerlaufanhebung ist nicht mehr wirksam. Hydraulis her Kaltsta rtbeschleun iger Die Frühverstellung des Spritzbeginns durch Verschieben des Spritzverstellerkolbens ist nur begrenzt anwendbar. Bei der hydraulischen Frühverstellung des Spritzbeginns beaufschlagt der drehzahlabhängige Innenraumdruck den Spritzverstellerkolben. Um gegenüber der normalen SpritzverstellerKennlinie eine Frühverstellung zu erzielen, wird der Innenraumdruck automatisch angehoben. Hierzu wird über einen Bypass im Druckhalteventil in die automatische Drucksteuerung des Innenraums eingegriffen.

Aufbau Der hydraulische Kaltstartbeschleuniger besteht aus einem modifizierten Druckregelventil (Bild 17, Pos. 1), einem KSB-Kugelventil (7), einem elektrisch beheizten Dehnstoffelement (6) und einem KSB-Steuerventil (9). Mechanischer Kaltstarlbeschleuniger (Automatisch betätigt) mit temperaturabhängiger Leerlaufanhebung

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

Arbeitsweise

Der von der Förderpumpe (5) geförderte Kraftstoff gelangt über den Innenraum der Verteilereinspritzpumpe zur einen Stirnseite des Spritzverstellerkolbens (10) . Er wird zur Spritzbeginnverstellung entsprechend dem Innenraumdruck entgegen der Kraft der Rückstellfeder (I 1) verschoben. Der Innenraumdruck wird über das Druckregelventil bestimmt, das einen mit zunehmender Drehzahl und damit zunehmender Fördermenge steigenden Druck einstellt (Bild 15). Die Druckerhöhung für die KSB-Funktion und der dadurch mögliche frühere Verlauf der Spritzbeginnverstellung (Bild 16, gestrichelte Kurve) wird durch die Drosselbohrung im Druckregelventilkolben (3) erreicht. Dabei wirkt auf der Federseite des Druckregelventils der gleiche Druck. Das KSB-Kugelventil hat ein entsprechend höheres Druckniveau und wird sowohl zur Funktions-Ein- bzw. Ausschaltung in Verbindung mit dem Thermoelement als auch zur Sicherheitsabschaltung verwendet. über eine Einstellschraube am integrierten KSB-Steuerventillässt sich die KSB-Funktion an einem Drehzahlpunkt einstellen. Der Förderpumpendruck betätigt den Steuerkolben (12) des KSB-Steuerventils gegen eine Feder.

225

Mechanische Anpassvorrichtungen

Hydraulischer Kaltstartbeschleuniger (Wirkung)

° NW

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ｾ

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Ｍｾ

Pumpendrehzahl

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Bild 16 1

Spnttverstellung nach ,FrOh'

Eine Dämpfungsdrossel vermindert die Druckamplituden auf den Steuerkolben. Über die Steuerkante am Steuerkolben und den Querschnitt am Ventilträger wird der KSB-Druckverlauf gesteuert. Durch entsprechende Auslegung der Federrate am Steuerventil und dem Steuerquerschnitt wird die KSB-Funktion angepasst. Beim Starten des warmen Motors hat das Dehnstoffelement aufgrund der Umgebungstemperatur das Kugelventil des Kaltstartbeschleunigers schon vor dem Start geöffnet.

Hydraulischer Kaltstartbeschleuniger

Bild 17

Ｓ Ｍｴ 4 Ｍ｜ｾＢＧ

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ｾ

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1 Druckregeiventil 2 Ventilkolben 3 Drosselbohrung 4 Innenraumdruck 5 Kraftstoffförderpumpe 6 elektrisch beheIZtes Dehnstoffelement 7 KSB -Kugelventll 8 drucklos abströmen· der Kraftstoff 9 einstellbares KSBSteuervenlll 10 Steuerkolben 11

SprItzversteIler

12 ROckstelIfeder

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

226

Mechanische Anpassvorrichtungen

Leiselaufeinrichtung

Mit Rücksicht auf die Abgaszusammensetzung wird der Kraftstoff in möglichst kurzer Zeit in den Brennraum des Motors eingespritzt, d. h. das System arbeitet mit hohen Förderraten. Eine hohe Förderrate macht sich, je nach Auslegung, besonders im Leerlaufbereich durch "Leerlaufnageln" bemerkbar. Dieser Erscheinung kann durch die Verlängerung der Einspritzzeit und dem damit verbundenen ruhigeren Verbrennungsverlauf im Leerlaufbereich begegnet werden. Bild 18 lohne LelSelauf

2

mit Leiselauf

Aufba u und Arbeitsweise Der Verteilerkolben bei Verteilereinspritzpumpen mit integrierter Leiselaufeinrichtung besitzt zwei Längsbohrungen (Bild 19, Pos. 3 und 5), die durch den Ringkanal (6) miteinander verbunden sind. Die Längsbohrung 3 besitzt einen Absteuerquerschnitt (7) mit einer darunter liegenden Drossel im Bereich des Regelschiebers (l). Bewegt sich der Verteilerkolben in Richtung OT, so taucht der Absteuerquerschnitt (7) der Bohrung 3 nach Durchlaufen des Hubes h, früher aus dem Regelschieber als der Absteuerquerschnitt (2) der Bohrung 5. Da die Bohrungen 3 und 5 über die Ringnut (6) verbunden sind, leckt dabei ein Teil des Kraftstoffs vom Hochdruckraum in den Pumpeninnenraum zurück. Dies verringert

Leiselaufeinrichtung (Wirkung)

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RUckschlagvenld zur

Bohrung 3 EinspritzdOse

5 6 7

Absteuerquerschnrtt

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Hub 1

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Hub 2

Bohrung 5 R,ngnut

OT Oberer Totpunkt des Vertellerkolbens

7

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10' NW- - - - ·,.j

die Förderrate (d. h. es wird weniger Kraftstoff pro Grad Nockenwelle gefördert). Die gleiche Einspritzmenge wird dabei auf etwa doppelt so viel Grad NW eingespritzt (Bild 18). Im Volllastbereich befindet sich der Regelschieber näher am Verteilerkörper. Dadurch ist Abstand h2 kleiner als Abstand h,. Beim Kolbenhub in Richtung OT wird jetzt die Ringnut (6) verdeckt, bevor der Absteuerquerschnitt (7) aus dem Regelschieber taucht, d. h. die Verbindung zwischen Bohrung 3 und Bohrung 5 besteht nicht mehr, wodurch die Leiselaufeinrichtung im Volllastbereich ohne Wirkung ist.

Regelschleber

4

Ｍ

Nockenwellenwinkel-

Bild '9 Absteuerquerschnilt

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Leiselauleinrichtung (Sehni")

2 3

- -

6

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

Lastschalter, Potenziometer

227

Mikroschalter

Lastschalter Die Lastschalter sind am Drehzahl-Verstellhebel der Verteilereinspritzpumpe angebracht. Sie schalten Baugruppen außerhalb der Einspritzpumpe elektrisch mit einem Mikroschalter oder pneumatisch mit einem Ventil ein oder ab. Sie werden hauptsächlich für die Ansteuerung eines Abgasrückführventils eingesetzt. Dort öffnen oder schließen sie das Ventil je nach Laststellung des Drehzahl-Verstellhebels. Der Mikroschalter und das pneumatische Ventil können mit zwei verschiedenen Elementen betätigt werden: • Anschlagwinkel in Blechausführung mit einer Schaltstufe oder • Schaltnocken in Aluminium-DruckgussAusführung. Der am Verstellhebel aufgeschraubte Anschlagwinkel bzw. Schaltnocken bestimmt in Abhängigkeit von der Verstellhebellage den Schaltpunkt. Dieser Schaltpunkt entspricht einem bestimmten Punkt im Pumpenkennfeld (Drehzahl und Fördermenge). Wegen des unterschiedlichen Aufbaus können an der Einspritzpumpe maximal zwei Mikroschalter oder ein pneumatisches Ventil angebracht sein. Potenziometer und Mikroschalter

5

Der elektrische Mikroschalter ist ein zweipoliger Ein-/Ausschalter. Er besteht aus einem Blattfedersystem mit Kipphebelmechanismus. Auf das Blattfedersystem wirkt ein Schaltstift. Ein "Zusatzbetätiger" (Bild 1, Pos. 6) verringert den mechanischen Verschleiß und ermöglicht einen für alle Anwendung an Verteilereinspritzpumpen einheitlichen Betätigungshub. Pneumatisches Ventil

Das pneumatische Ventil (Bild 2) unterbricht den Luftstrom einer Leitung, in der Unterdruck herrscht.

Potenziometer Um mehrere Punkte im Drehzahl-/Lastkennfeld zu erhalten, kann auch ein Potenziometer eingesetzt werden. Es ist oben am Drehzahl-Verstellhebel angebracht und über Klauen verbunden (Bild 1). Wird an das Potenziometer eine Versorgungsspannung angelegt, so liefert es ein stetiges elektrisches Spannungssignal in linearer Abhängigkeit von der Verstellhebellage. Bei entsprechender Reglerauslegung ist dann in einem gewissen Kennfeldbereich eine gute Lastinformation gegeben. Bild 1

Pneumatisches Ventil

t

M,kroschalter

2

AnschlagWInkel

3

Drehzahl·Verstell· hebel

4

Potenziometer

5

elektnscher

6

Zusatzbetätoger

Anschluss

4 Bild 2

Pneumatische Anschlüsse

2

E,nstellschraube für

3

pneumatIsches

4

Betätigung"hebel

5 6

Drehzahl·Verstell·

Unterdruck Venhl Betätigungsrolle

h bei

228

Aufschaltgruppen für Verteilereinspritzpumpen

Fördersignalsensor

Fördersignalsensor

Fördersignalsensor (Wirkung/Kennlinie)

Anwendung Der Fördersignalsensor FSS ist ein dynamischer Drucksensor, der anstelle der Entlüftungsschraube in der Zentralverschlussschraube der Verteilereinspritzpumpe eines Dieselmotors sitzt (Bild 2). Er erfasst den Druck im Elementraum. Das Sensorsignal kann zur Ermittlung von Förderbeginn (FB), Förderdauer (FD) und der Pumpendrehzahl (n) verwendet werden.

Bild 1

a

Druckverlaut im Elemenlraum

b

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Bild 2

1 Scheibe 2 Feder

Nockenwellenwinkel_

Aufbau und Arbeitsweise Der Fördersignalsensor arbeitet nach dem piezoelektrischen Prinzip. Der Druck im Elementraum wirkt auf eine Sensormesszelle (Bild 2, Pos. 11). Diese enthält eine Piezokeramik. In dieser Keramik werden bei Druckänderungen elektrische Ladungen verschoben. Diese Ladungsverschiebungen erzeugen kleine elektrische Spannungen, die von der im Sensor integrierten Schaltung (9)

in ein Rechtecksignal umgewandelt werden (Bild 2).

Fördersignaisensor (Aufbau)

3 DlChtung.masse 4 Konl aktstlf1

5 Gehäuse

1 2 3

4

5 6

7

6 Kontaktfeder 7 Kabetgehäuse 8 Anschluss Ver· sorgungsspannung

(gelb/weiB)

9 SIgnalanschluss (grau/weiß) 10 O·Rlng

11 f'tahne mit Integnerter Schaltung

12 Isolator

13 Sensormesszelre (P,ezo·Keramlk) 14 Elementraum der Einspnl2pumpe

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Der Messbereich des Fördersignalsensors reicht von 0 ... 40 MPa bzw. 0 ... 400 bar. Er ist somit für IDI-Einspritzpumpen geeignet. Dieser Sensor ist ein "dynamischer Sensor". Das heißt, er misst nicht den statischen Druck sondern registriert Druckänderungen.

Signal des Förder·

slgnaJsensors

ｾＭ

14

13

12 11

10

8

Aufschallgruppen für Verteilereinsprilzpumpen

Abste Ilvorrichtu nge n Abstellen

Das Arbeitsprinzip "Selbstzündung" hat zur Folge, dass der Dieselmotor nur durch Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr abgestellt werden kann. Normalerweise wird die mechanisch geregelte Verteilereinspritzpumpe mit einem elektrischen Abstellventil ELAB abgestellt. Sie ist nur noch in Sonderfällen mit einer mechanischen Abstellvorrichtung ausgerüstet. Elektri ehe Ab tellventil ELAB Das elektrische Abstellventil ist ein Magnetventil. Es kommt bevorzugt in Verbindung mit dem "Zündschlüssel" zur Anwendung und bietet so einen höheren Bedienungskomfort für den Fahrer. Das Magnetventil für die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr ist bei der Verteilereinspritzpumpe an der Verteilerkopf-Oberseite eingebaut (Bild 1). In eingeschaltetem Zustand, d. h. bei laufendem Dieselmotor, hält der best rom te Magnet (4) die Zulaufbohrung zum Hochdruckraum geöffnet, wobei der Anker mit Dichtkegel (7) angezogen ist. Beim Abschalten mit dem Fahrtschalter wird die Magnetspule stromlos. Das Magnetfeld bricht zusammen und die Feder (6) drückt den Anker mit Dichtkegel auf den Ventil sitz zurück. Da jetzt die Zulaufbohrung zum Hochdruckraum unterbrochen ist, kann der Verteilerkolben keinen Kraftstoff mehr fördern . Der Elektromagnet kann entweder als Zug- oder Druckmagnet ausgeführt sein. Bei Schiffsrnotoren ist das ELAB stromlos geöffnet. Eine Weiterfahrt bei ausgefallenem Bordnetz ist somit jederzeit möglich. Außerdem wird auf Schiffen die Zahl der elektrischen Verbraucher so klein wie möglich gehalten, da dauerhafte Ströme durch ihr elektromagnetisches Feld die Salzwasserkorrosion fördern.

229

Abstellvorrichtungen

JMechanische Ahstellvorrichtunß Die mechanische Abstellvorrichtung der Verteilereinspritzpumpe ist durch einen Hebelverband realisiert (Bild 2) . Er ist in dem Reglerdeckel angeordnet und setzt sich aus äußerem und innerem Stopphebel zusammen (I, 5). Der äußere Stopphebel wird vom Elektrisches Abstellven til ELAB

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Bild 1 Zulaufbohrung 2 Vertellcrkol ben 3 VerteIlerkopf 4 Elektromagnet (hIer Zugmagnet) 5 Druckfeder 6 Anker mIt DIchtkegel 7 Hochdruckraum

Mechanische Abstellvorrichtung

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Bild 4 1 Vent,lkörper 2 Druckfeder

3 Vent,lkolben 4 Bohrung (radial angeordnet)

5 von Druckn.ere 6 zur Saugniere

242

Magnetventilgesteuerte Verteilereinspritzpumpen

Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen VR

menge zum Kraftstoffbehälter zurückfließt (Bild 5). Kraft tofffilter Der Einsatz eines speziell auf die Erfordernisse der Einspritzanlage abgestimmten Kraftstoffilters ist Voraussetzung für einen störungsfreien Betrieb, denn Verunreinigungen im Kraftstoff können zu Schäden an Pumpenkomponenten, Druckventilen und Einspritzdüsen führen. Kraftstoff kann Wasser in gebundener (Emulsion) oder ungebundener Form (z. B. Kondenswasserbildung infolge Temperaturwechsels) enthalten. Wenn dieses Wasser in das Einspritzsystem gelangt, können Schäden aufgrund von Korrosion auftreten. Das Einspritzsystem mit RadialkolbenVerteilereinspritzpumpe benötigt deshalb wie andere Einspritzsysteme einen Kraftstofffilter mit Papierfiltereinsatz und Wassersammelraum (Bild 6), der mithilfe einer Wasserablassschraube in entsprechenden Intervallen entleert werden kann. Überströmdrosselventil

Hochdruckteil Im Hochdruckteil (Bild 7, nächste Seite) findet neben der Hochdruckerzeugung auch die Kraftstoffverteilung und Kraftstoffzumessung mit Förderbeginnsteuerung statt, wofür nur ein Steiler (Hochdruckmagnetventil) notwendig ist.

Hochdruckerzeugung mit RadialkolbenHochdruckpumpe Die Radialkolben-Hochdruckpumpe erzeugt den für die Einspritzung benötigten Druck (ca. 1000 bar pumpenseitig). Sie wird von der Antriebswelle angetrieben und besteht aus (Bild 8): • der Mitnehmerscheibe, • den Rollenschuhen (4) mit Rollen (2), • dem Nockenring (1), • den Förderkolben (5) und • dem vorderen Teil (Kopf) der VerteilerweIle (6). Die Drehbewegung der Antriebswelle wird über eine Mitnehmerscheibe direkt auf die Verteilerwelle übertragen, da die MitnehKraftstofffilter

1

2

7

Bild 5

1 Vent,lkörper 2 Druckfeder 3 Kugelventil

2 3

4 Drosselbohrung

5 lum Überlauf

4 Bild 6 1 Filterdeckel 2 Kraftstoffzulaul 3 Papierfillereinsatz

4 Gehäuse 5

Wassersammelraum

5 >-

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Magnetventilgesteuerte Verteilereinspritzpumpen

merscheibe in die am Ende der Antriebswelle liegenden radial angeordneten Führungsschlitze eingreift_ Die Führungsschlitze (3) dienen gleichzeitig zur Aufnahme der Rollenschuhe (4), die gemeinsam mit den darin gelagerten Rollen (2) die Innennockenbahn des um die Antriebswelle angeordneten Nockenrings (1) ablaufen_ Die Innennockenbahn hat Nockenerhebungen, die in ihrer Anzahl auf die Zylinderzahl des Motors abgestimmt sind. Im Kopf der Verteilerwelle werden die Förderkolben radial

243

Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen VR

geführt (daher die Bezeichnung "Radialkolben-Hochdruckpumpe"). Die Förderkolben stützen sich auf den Rollenschuhen ab und bewegen sich somit entsprechend des Hubverlaufs der Nockenbahn. Sie werden durch die Nockenerhebung zusammengedrückt und komprimieren den Kraftstoff im zentralen Hochdruckvolumen (7). Je nach Zylinderzahl und Anwendungsfall gibt es Ausführungen mit 2, 3 oder 4 Förderkolben (Bild 8a, b, c).

Hochdruckteil der Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe

Bild 7 Zur besseren Darstellung s,nd versch,edene Komponenten in Ihrer lage gedreht worden.

1 Steuergerät 2 Rad,alkolben-Hochdruckpumpe (um 90'

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gedreht)

3 Verte,ler\(örper 4 Hochdruckmagnetventil 5 Druckrohranschluss

Förderkolbenanordnung der Radialkolben·Hochdruckpumpe (Beispiele)

1 2 3

4

5

6 7 Bild 8 a Für 4 und 6 Zylinder b fOr 6 Zylinder C

für 4 Zylinder

1 Nockenring 2 Rollen 3 Führungsschlitz

der Antriebswelle 4 Rollenschuh

5 Förderkolben 6 Verteilerwelle 7 Hochdruckvolumen

244

Magnetventilgesteuerte Verteilereinspritzpunnpen

Radialkolben·Verteilereinspritzpumpen VR

Kraftstoffvertci lu ng mit Vertcilcrkärper Der Verteilerkörper (Bild 9) besteht aus: • dem Flansch (6), • der in den Flansch eingeschrumpften Steuerbuchse (3), • dem in der Steuerbuchse geführten hinteren Teil der Verteilerwelle (2), • derVentilnadel (4) des Hochdruckmagnetventils (7), • der Speichermembran (10) und • dem Druckrohranschluss (16) mit dem Rückströmdrosselventil (15).

In der Füllphase (Bild 9a) während des Nockenrücklaufs werden die Förderkolben (1) bei geöffneter Ventilnadel (4) nach außen gedrückt. Über den Niederdruckzulauf (12), den Ringkanal (9) und die Ventilnadel (4) strömt Kraftstoff von der Förderpumpe in den Verteilerkörper ein und füllt das Hochdruckvolumen (8) auf. Überschüssiger Kraftstoff fließt über den Kraftstoffrücklauf (5) ab. In der Förderphase (Bild 9b) werden die Förderkolben (1) bei geschlossener Ventil-

Verteilerkörper

a

2 3 4 13

Bild 9 a Füllphase b Förderphase

9 12

1 Förderkolben

2 VerteIlerweIle

3 Steuerbuchse 4 Ventilnadel

5 Kraftstoffrücklauf 6 Flansch 7 Hochdruckmagnet· ventil 8 Hochdruckvolumen

9 RIngkanal t 0 Sperchermembran 11 Membranraum 12 N,ederdruckzulauf

t3 Verteilennut

14 Hochdruckauslass 15 ROckstrÖmdrossel·

ventil 16 Druckrohranschluss

b

8

8

9 10

11 12

13 14

15

16

Magnetvenlilgesleuerte Verteilereinsprilzpumpen

nadel (4) von den Nocken nach innen gedrückt. Dadurch wird der Kraftstoff, der sich jetzt im abgesperrten Hochdruckvolumen (8) befindet, zusammengepresst. Über die Verteilernut (13), die durch die Drehbewegung der Verteilerwelle (2) mit dem Hochdruckauslass (14) verbunden wird, gelangt der unter Druck stehende Kraftstoff über den Druckrohranschluss (16) mit Rückströmdrosselventil (15), Druckleitung und Düsenhalter zur Einspritzdüse, die ihn in den Brennraum des Motors einspritzt.

Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen VR

245

branraum. Die hohen Druckspitzen, die dabei auf der Niederdruckseite entstehen, werden durch die Speichermembran gedämpft. Außerdem unterstützt die dabei im Memhranraum gespeicherte Kraftstoffmenge den Füllvorgang für die nächste Einspritzung. Zum Abstellen des Motors wird die Hochdruckförderung mit dem Hochdruckmagnetventil ganz unterbrochen. Deshalb ist ein zusätzliches Abstellventil wie bei den kantengesteuerten Verteilereinspritzpumpen VE nicht vorhanden.

Kraftstoffzume ung mi t Hochdruckmagnetventil Das Hochdruckmagnetventil (Bild 9, Pos. 7) mit Ventilnadel (4) schließt durch einen Steuerimpuls des Pumpensteuergeräts im unteren Totpunkt des Nockens. Der Schließzeitpunkt des Ventils bestimmt den Förderbeginn der Einspritzpumpe. Durch eine elektronische Erkennung des Schließzeitpunktes (BIP Begin of Injection Period) erhält das Pumpensteuergerät eine exakte Information über den Förderbeginn. Die Kraftstoffzumessung findet zwischen Förderbeginn und Ansteuerende des Hochdruckmagnetventils statt und wird "Förderdauer" genannt. Die Schließdauer des Hochdruckmagnetventils bestimmt somit die Einspritzmenge. Mit dem Öffnen des Hochdruckmagnetventils ist die Hochdruckförderung beendet. Der überschüssige Kraftstoff, der noch bis zum oberen Totpunkt des Nockens gefördert wird, gelangt durch Absteuern in den Mem-

Dämpfung der Druckwellen mit dem Rü k trömdro elvc nt il Das Rückströmdrosselventil (Bild 10) verhindert, dass die am Ende des Einspritzvorgangs erzeugten Druckwellen bzw. deren Reflexionen nicht zum erneuten Öffnen der Düsennadel (Nachspritzer) führen. Nachspritzer haben eine negative Auswirkung auf die Schadstoffe im Abgas. Mit Beginn der Förderung hebt der Ventilkegel (3) durch den Kraftstoffdruck ab. Der Kraftstoff wird nun über den Druckrohranschluss (5) und die Druckleitung zur Einspritzdüse gefördert. Mit dem Ende der Förderung fällt der Kraftstoffdruck plötzlich ab, und die Ventilfeder (4) drückt den Ventilkegel auf den Ventilsitz (1). Die rücklaufenden Druckwellen, die beim Schließen der Düse entstehen, werden nun über eine Drossel (2) so weit abgebaut, dass keine schädlichen Druckwellenreflexionen mehr entstehen.

Im Druokrohranschluss integriertes RUckströmdrosselventil

2

3

4

5

Bild 10

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1 VentilslU 2 Drossel 3 Ventilkegel 4 Ventllfeder 5 Druckrohranschluss

246

Magnetventilgesteuerte Verteilereinspritzpumpen

Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen VR

Spritzverstellung

Aufgabe Bei konstantem Einspritzbeginn und steigender Motordrehzahl vergrößert sich der Kurbelwellenwinkel zwischen Einspritzbeginn und Verbrennungsbeginn, sodass der Verbrennungsbeginn nicht mehr im richtigen Moment (bezogen auf die MotorkolbensteIlung) stattfinden kann. Die günstigste Verbrennung und die beste Leistung eines Dieselmotors werden jedoch nur bei einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle bzw. der Kolben erreicht. Die Spritzverstellung, bestehend aus Drehwinkelsensor, Spritzversteller und Spritzversteller-Magnetventil, hat die Aufgabe, den Förderbeginn der Einspritzpumpe mit steigender Drehzahl gegen die Kurbelwelle des Dieselmotors vorzuverlegen. Diese Einrichtung passt den Einspritzzeitpunkt optimal an den Betriebszustand des Motors an, indem sie die Zeitverschiebung, bedingt durch den Spritz- und Zündverzug, kompensiert.

Das Beispiel eines Arbeitstaktverlaufs zeigen die Bilder 12 bis 14: Der Förderbeginn (FB) liegt nach dem Schließzeitpunkt des Hochdruckrnagnetventils. Es baut sich ein Kraftstoffhochdruck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung auf. Dieser düsenseitige Leitungsdruck PD (Bild 12) öffnet die Düsennadel der Einspritzdüse beim Erreichen des Düsenöffnungsdrucks und führt zum Spritzbeginn (SB) . Die Zeit zwischen Förderbeginn und Spritzbeginn heißt Spritzverzug (SV) . Steigt der Druck im Brennraum des Motors (Bild 13) noch weiter, beginnt die Verbrennung (VB) . Die Zeitspanne zwischen Spritzbeginn und Verbrennung ist der Zündverzug (ZV) . Öffnet das Hochdruckrnagnetventil wieder, fällt der Kraftstoffhochdruck ab (Förderende) ; die Düsennadel schließt (Spritzende, SE). Darauffolgt das Verbrennungsende (VE).

SprilZ'lerslellung in der Radialkolben·VerteilereinsprilZpumpe

Bild 11

Zur besseren Darstel· lung sind verschiedene Komponenten in ihrer

Lage gedrehl worden. I

Molorsleuergeräl

2 f'lJmpensleuergerlil 3 Aügelzellen· Förderpumpe (um 90· gedrehl)

4 Drehwinkelsensor

5 Rad,aJkolben· Hochdruckpumpe (um 90· gedrehl)

6 Hochdruckmagnel' ventil ｾ＠

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7 SpntzversleUer (um 90· gedrehl)

8 SpntzverSlelier' Magnetvenhl

ｾ＠ ｾ＠

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Magnetventilgesteuerte Verteilereinspritzpumpen

Beim Fördervorgang der Einspritzpumpe wird die Einspritzdüse durch eine Druckwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit in der Hochdruck-Kraftstoffleitung ausbreitet, geöffnet. Die Ausbreitungszeit der Druckwelle wird bestimmt von der Länge der Einspritzleitung und der Schallgeschwindigkeit, die in Dieselkraftstoff ca. 1500 mls beträgt. Die Ausbreitungszeit ist die Zeit zwischen dem Förderbeginn und dem Spritzbeginn und wird deshalb auch als Spritzverzug (SV) bezeichnet. Der Spritzverzug ist im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl, jedoch vergrößert sich der Kurbelwinkel zwischen Förderbeginn und Spritzbeginn mit steigender Drehzahl. Dadurch öffnet die Einspritzdüse (bezogen auf die MotorkolbensteIlung) auch immer später. Nach dem Einspritzvorgang benötigt der Dieselkraftstoff eine bestimmte Zeit, um in den gasförmigen Zustand überzugehen und mit der Luft ein zündfähiges Gemisch zu bilden. Der dafür benötigte Zeitraum zwischen Einspritzbeginn und Verbrennungsbeginn ist unabhängig von der Motordrehzahl und wird beim Dieselmotor Zündverzug genannt.

Verlauf eines Arbeitstakts bei Volllast und höherer Drehzahl (nicl11 maßstäblich)

247

Radialkolben-Verteilereinsprilzpumpen VR

Der Zündverzug wird durch folgende Größen beeinflusst: • der Zündwilligkeit des Dieselkraftstoffs (angegeben mit der Cetanzahl), • dem Verdichtungsverhältnis, • der Lufttemperatur und • der Kraftstoffzerstäubung. In der Regel beträgt die Zeitdauer für den Zündverzug etwa eine Millisekunde.

Verlauf des düsen,eiligen Leitungsdrucks Po bei Voll last und höherer Drehzahl

bar

FB

SB

SE

1600 ｾ＠

0

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Bild 12 FB Förderbeginn

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SE SprIl2ende Nod

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11

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F

Bild 2 1 Hochdruckpumpe 2 Elementabschalt· ventil 3 DruckregelventIl 4 Hochdruck· KraftstoHleitung 5 Hochdruck· speIcher (Ra,I) 6

Raildrucksensor

7 Druckbegrenzungs-

ventil

8 Durchflussbegrenzer 9 Injektor 10 Motorsteuergerät

290

Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Hochdruckpumpe (Druckerzeugung)

bohrung des Sicherheitsventils (14) in den Schmier- und Kühlkreislauf der Hochdruckpumpe. Die Antriebswelle (1) mit ihrem Exzenternocken (2) bewegt die drei Pumpenkolben (3) entsprechend der Nockenform auf und ab. überschreitet der Förderdruck den Öffnungsdruck des Sicherheitsventils (0,5 bis 1,5 bar), kann die Vorförderpumpe Kraftstoff durch das Einlassventil der Hochdruckpumpe in denjenigen Elementraum drücken, bei dem sich der Pumpenkolben nach unten bewegt (Saughub). Wird der untere Totpunkt des Pumpenkolbens überschritten, so schließt das Einlassventil, und der Kraftstoff im Elementraum (4) kann nicht mehr entweichen. Er kann nun über den Förderdruck der Vorförderpumpe hinaus komprimiert werden. Der sich aufbauende Druck öffnet das Auslassventil (7), sobald der Druck im Rail erreicht ist; der komprimierte Kraftstoff gelangt in den Hochdruckkreis.

Der Pumpenkolben fördert so lange Kraftstoff, bis der obere Totpunkt erreicht wird (Förderhub). Danach fällt der Druck ab, sodass das Auslassventil schließt. Der verbleibende Kraftstoff entspannt sich; der Pumpenkolben bewegt sich nach unten. Unterschreitet der Druck im Elementraum den Vorförderdruck, öffnet das Einlassventil wieder und der Vorgang beginnt von neuem. Förderleistung

Da die Hochdruckpumpe für große Fördermengen ausgelegt ist, gibt es im Leerlauf und Teillastbetrieb einen Überschuss an verdichtetem Kraftstoff. Dieser zuviel geförderte Kraftstoff wird über das Druckregelventil zum Kraftstoffbehälter zurückgeleitet. Da hier jedoch der verdichtete Kraftstoff entspannt wird, geht die durch die Verdichtung eingebrachte Energie verloren. Neben dem Aufheizen des Kraftstoffs sinkt damit der Gesamtwirkungsgrad.

Hochdruckpumpe (Schema. längsschnitt)

Ｖ

Bil d 3 1 Antnebswelle

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2 Exzentemocken

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3 Pumpenelemenl mil

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Pumpen kolben 4 Elementraum 5 Ansaugventd

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6 8ementabschalt· ventil Auslassvenhl

8 Dichtstück 9 Hochdruckan· schluss zum Ra.1

10 Druckregelventil tt

Kugelvenbl

12 Krallstoffrücklaul

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13 Krallstofuulau!

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14 SICherheitsventil mll

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Drosselbohrung

15 NIederdruckkanal turn Pumpenelemel

15

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Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Hochdruckpumpe (Druckerzeugung)

291

Hochdruckpumpe (Schema, Querschnitt)

Bild 4 1 Antnebswelle 2

Exzentemocken

3

Pumpenelement mit Pumpenkolben

Abhilfe ist teilweise dadurch möglich, dass die Förderleistung durch Abschalten eines Pumpenelements dem Kraftstoffbedarf angepasst wird. Elementab chalt ung Beim Abschalten eines Pumpenelements (3) reduziert sich die Kraftstoffmenge, die in den Hochdruckspeicher gefördert wird. Dabei wird das Ansaugventil (5) ständig offen gehalten. Bei Ansteuerung des Magnetventils der Elementabschaltung drückt ein an dessen Anker angebauter Stift das Ansaugventil ständig auf. Damit kann der angesaugte Kraftstoff im Förderhub nicht komprimiert werden. Infolgedessen findet im Elementraum kein Druckaufbau statt, da der angesaugte Kraftstoff wieder in den Niederdruckkanal zurückströmt. Die Hochdruckpumpe fördert durch das Abschalten eines Pumpenelements bei verringertem Leistungsbedarf den Kraftstoff nicht mehr stetig, sondern mit einer Förderpause.

übe r etzungsverhältnis Die Fördermenge einer Hochdruckpumpe ist proportional zu ihrer Drehzahl. Die Pumpendrehzahl ist wiederum abhängig von der Motordrehzahl. Sie wird bei der Applikation des Einspritzsystems an den Motor über das Übersetzungsverhältnis so festgelegt, dass einerseits die überschüssig geförderte Kraftstoffmenge nicht zu hoch ist und andererseits der Kraftstoffbedarf bei Volllastbetrieb des Motors gedeckt ist. Mögliche Übersetzungen sind 1:2 und 2:3 bezogen auf die Kurbelwelle. Druckregelventil

Aufgabe Das Druckregelventil hat die Aufgabe, den Druck im Rail abhängig vom Lastzustand des Motors einzustellen und zu halten: • Bei zu hohem Druck im Rail öffnet das Druckregelventil, sodass ein Teil des Kraftstoffs aus dem Rail über eine Sammelleitung zurück zum Kraftstoffbehälter gelangt.

4

Ansaugvenlll

5

Auslassventil

6

Kraftstoffzulauf

292

Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Druckregelventil

BildS 1 2 3

Venlllkugel Anker Elektromagnet

4

Venlilfeder

5

elektnscher Anschluss

• Bei zu niedrigem Druck im Rail schließt das Druckregelventil und dichtet so die Hochdruckseite gegen die Niederdruckseite ab. Aufbau Das Druckregelventil (Bild 5) hat einen Befestigungsflansch zum Anflanschen an der Hochdruckpumpe oder am Rail. Der Anker (2) drückt eine Ventilkugel (1) in den Dichtsitz, um die Hochdruckseite gegen die Niederdruckseite abzudichten: dazu drückt zum einen eine Ventilfeder (4) den Anker nach unten, zum anderen übt ein Elektromagnet (3) eine Kraft auf den Anker aus. Zur Schmierung und zur Wärmeabfuhr wird der gesamte Anker mit Kraftstoff umspült. Arbeitsweise Das Druckregelventil hat zwei Regelkreise: • einen langsameren elektrischen Regelkreis zum Einstellen eines variablen mittleren Druckwertes im Rail und • einen schnelleren mechanisch-hydraulischen Regelkreis, der hochfrequente Druckschwingungen ausgleicht.

Hochdruckpumpe (Druckerzeugung)

Druckregelventil nicht angesteuert: Der im Rail oder am Ausgang der Hochdruckpumpe anliegende Hochdruck liegt über den Hochdruckzulauf am Druckregelventil an. Da der stromlose Elektromagnet keine Kraft ausübt, überwiegt die Hochdruckkraft gegenüber der Federkraft, sodass das Druckregelventil öffnet und je nach Fördermenge mehr oder weniger geöffnet bleibt. Die Feder ist so ausgelegt, dass sich ein Druck von ca. 100 bar einstellt. Druckregelventil angesteuert: Wenn der Druck im Hochdruckkreis erhöht werden soll, muss zusätzlich zur Federkraft die magnetische Kraft aufgebaut werden. Das Druckregelventil wird angesteuert und somit geschlossen, bis zwischen Hochdruckkraft einerseits und Magnet- und Federkraft andererseits ein Kräftegleichgewicht erreicht ist. Dann bleibt es in einer geöffneten Stellung und hält den Druck konstant. Eine veränderte Fördermenge der Hochdruckpumpe sowie die Entnahme von Kraftstoff aus dem Hochdruckteil der Injektoren gleicht es durch unterschiedliche Öffnung aus. Die magnetische Kraft des Elektromagneten ist proportional zum Ansteuerstrom. Die Variation des Ansteuerstroms wird durch PulsWeiten-Modulation (Takten) realisiert. Die Taktfrequenz ist mit 1 kHz ausreichend hoch, um störende Ankerbewegungen bzw. Druckschwankungen im Rail zu vermeiden. Bei neueren Systemen erfolgt die Druckregelung durch Zu messung der von der Hochdruckpumpe angesaugten Kraftstoffmenge. Hierdurch werden die Energieverluste reduziert.

Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Rail (Hochdruckspeicher)

293

Rail (Hochdruckspeicher)

Injektoren verteilt (daher der Begriff "Common Rail", d. h. gemeinsame Schiene).

Aufgabe

Der Hochdruckspeicher (RaiI) hat die Aufgabe, den Kraftstoff bei hohem Druck zu speichern. Dabei sollen Druckschwingungen, die durch die pulsierende Pumpenförderung und die Einspritzungen entstehen, durch das Speichervolumen gedämpft werden. Damit ist sichergestellt, dass beim Öffnen des Injektors der Einspritzdruck konstant bleibt. Das Rail hat auch die Aufgabe der Kraftstoffverteilung.

Der Kraftstoffdruck wird durch den Raildrucksensor gemessen (siehe Kapitel "Sensoren") und durch das Druckregelventil auf den gewünschten Wert geregelt. Das Druckbegrenzungsventil hat die Aufgabe, den Kraftstoffdruck im Rail auf den maximal zulässigen Druck zu begrenzen. Über einen Durchflussbegrenzer (optional), der einen unzulässigen Kraftstofffluss in Richtung des Motorbrennraums verhindert, wird der hochverdichtete Kraftstoff vom Rail zu den Injektoren geleitet.

Aufbau

Das rohrförmige Rail (Bild 1, Pos. 1) kann wegen der unterschiedlichen Motoreinbaubedingungen verschiedenartig gestaltet sein. Es hat Anbaumöglichkeit für den Raildrucksensor (3), das Druckbegrenzungsventil (4), die Durchflussbegrenzer (6, optional) und ein Druckregelventil, wenn dieses nicht an der Hochdruckpumpe angebracht ist. Arbeitsweise

Das im Rail vorhandene Volumen ist ständig mit unter Druck stehendem Kraftstoff gefüllt. Die durch den hohen Druck erreichte Kompressibilität des Kraftstoffs wird ausgenützt, um einen Speichereffekt zu erhalten. Wird nun Kraftstoff für eine Einsprit zung aus dem Rail entnommen, bleibt der Druck im Hochdruckspeicher selbst bei Entnahme von größeren Kraftstoffmengen nahezu konstant.

Der von der Hochdruckpumpe verdichtete Kraftstoffwird über eine Kraftstoff-Hochdruckleitung in den Zulauf (2) des Rail geleitet. Von dort wird er auf die einzelnen Hochdruckspeicher (Rai!)

Bild ' 1 Ra.1

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2

Zulauf von der

Hochdruckpumpe

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3

Raildruckscnsor

4

Druckbegrenzungs· ventil

5

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Raif zum Kraflstoff·

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ROcklaul vom behälter

6 7

Durchflussbegrenzer Leitung zum Injektor

294

Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Rail (Hochdruckspeicherl

Druckbegrenzungsventil

Aufgabe Die Aufgabe des Druckbegrenzungsventils entspricht dem eines Überdruckventils. Das Druckbegrenzungsventil begrenzt den Druck im Rail, indem es bei zu hoher Beanspruchung eine Ablauföffnung freigibt.

Bild 2 I Hochdruck· anschluss 2 Ventil

3

Kanal

4

Kolben

5 6

Anschlag

7

Gehäuse

druck stehende Kraftstoff kann entweichen. Hierbei wird der Kraftstoff durch Kanäle (3) in eine zentrische Bohrung des Kolbens geleitet und über die Sammelleitung zum Kraftstoffbehälter zurückgeführt. Mit dem Öffnen des Ventils entweicht Kraftstoff aus dem Rail; eine Druckreduzierung im Rail ist die Folge.

Aufbau und Arbeit wei e Beim Druckbegrenzungsventil (Bild 2) handelt es sich um eine mechanisch arbeitende Komponente. Es besteht aus folgenden Bauteilen: • einem Gehäuse (7) mit Außengewinde zum Anschrauben an das Rail, • einem Anschluss an die Rücklaufleitung zum Kraftstoffbehälter (9), • einem beweglichen Kolben (4) und • einer Druckfeder (5) .

Aufbau Der Durchflussbegrenzer wird insbesondere bei schweren Nkw eingesetzt. Er hat die Aufgabe den unwahrscheinlichen Fall der Dauereinspritzungen eines Injektors zu verhindern. Um diese Aufgaben zu erfüllen, verschließt der Durchflussbegrenzer bei Überschreiten einer maximalen Entnahmemenge aus dem Rail den Zulauf zum betroffenen Injektor.

Das Gehäuse hat auf der Anschlussseite zum Rail eine Bohrung, die durch das kegelförmige Ende des Kolbens am Dichtsitz im Gehäuseinnern verschlossen wird. Eine Feder drückt bei normalem Betriebsdruck den Kolben dicht in den Sitz, sodass das Rail geschlossen bleibt. Erst beim Überschreiten des maximalen Systemdrucks wird der Kolben durch den Druck im Rail gegen die Feder aufgedrückt, und der unter Hoch-

Aufgabe Der Durchflussbegrenzer (Bild 3) besteht aus einem Metallgehäuse (5) mit einem Außengewinde zum Anschrauben an das Rail (Hochdruck) und mit einem Außengewinde zum Einschrauben in die Injektorzuleitung. Das Gehäuse hat an den Enden jeweils eine Bohrung, die eine hydraulische Verbindung zum Rail (1) bzw. zur Injektorzuleitung (6) herstellt.

Durchflussbegrenzer

DurchHussbegrenzer (Schema)

Druckbegrenzungsvenlil (Schema)

Druckfeder

8

Durchlassbohrung

9

Rücklauf

23456789

Ｓ Ｍ

4

Bild 3 I

Anschluss zum Rad

2

VerSChlusssche,be

3

Kolben

4

Druckleder

5

Gehäuse

6

Anschluss

7

zum In)eklor Venl,)s,1Z

8

Drossel

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Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Rail (Hochdruckspeicher)

spritzmenge (eine Sicherheitsreserve eingeschlossen) der Kolben wieder zum Anschlag auf der Seite des Rails gelangen kann. Diese Ruhelage wird gehalten, bis die nächste Einspritzung stattfindet.

Im Inneren des Durchflussbegrenzers befindet sich ein Kolben (3), den eine Druckfeder (4) in Richtung des Rail presst. Dieser Kolben dichtet zur Gehäusewand ab; die Längsbohrung im Kolben ist die hydraulische Verbindung zwischen Ein- und Auslass. Der Durchmesser dieser Längsbohrung ist an ihrem Ende verringert. Diese Verringerung wirkt wie eine Drossel (8) mit einem genau definierten Durchfluss.

Stärbetrieb mit großer Leckagemenge Von seiner Ruhelage aus wird der Kolben wegen der großen Entnahmemenge bis in den Dichtsitz am Auslass gedrückt. Er bleibt dann bis zum Abstellen des Motors an seinem Anschlag auf der Seite des Injektors und verschließt damit den Zulauf zum Injektor.

Arbeit weise Normalbetrieb (Bilder 3 und 4) Der Kolben (3) befindet sich in seiner Ruhelage, d.h. am Anschlag auf der Seite des Rail. Durch eine Einspritzung sinkt der Druck auf der Injektorseite leicht ab, wodurch der Kolben in Richtung Injektor bewegt wird. Die Volumenentnahme durch den Injektor kompensiert der Durchflussbegrenzer durch vom Kolben verdrängte Volumen und nicht durch die Drossel (8), da diese dafür zu klein ist. Am Ende der Einspritzung stoppt der Kolben, ohne den Ventilsitz (7) zu verschließen. Die Feder (4) drückt ihn in seine Ruhelage zurück; durch die Drossel strömt der Kraftstoff nach.

Stärbetrieb mit kleiner Leckagemenge (Bild 4) Seiner Ruhelage erreicht der Kolben wegen der Leckagemenge nicht mehr. Nach einigen Einspritzungen bewegt sich der Kolben bis in den Dichtsitz an der Auslassbohrung. Auch hier bleibt der Kolben bis zum Abstellen des Motors an seinem Anschlag auf der Injektorseite und verschließt damit den Zulauf zum Injektor.

Die Feder und die Drosselbohrung sind so dimensioniert, dass bei maximaler EinDurchflussbegrenzer (Verhalten bei Normalbetrieb und bei kleiner LeckagemengeJ

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295

296

Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Injektor (Einspritzung)

Injektor (Einspritzung) Die Injektoren sind über kurze HochdruckKraftstoffieitungen mit dem Rail verbunden. Ähnlich wie bei bestehenden Düsenhaltern in Dieselmotoren mit Direkteinspritzung DI (Direct Injection) werden die Injektoren vorzugsweise mit Spann pratzen im Zylinderkopf angebracht. Damit sind die Common-RailInjektoren für den Einbau in DI-Dieselmotoren ohne wesentliche Änderungen am Zylinderkopf geeignet.

Der Injektor ersetzt die Düsenhalterkombinationen (Düsen und Düsenhalter) der herkömmlichen Dieseleinspritzanlagen. Zukünftig werden auch Injektoren eingesetzt, die anstelle des Magnetventils einen Piezo-Steller haben. Aufbau

Aufgaben

Der Injektor kann in verschiedene Funktionsblöcke aufgeteilt werden: • die Lochdüse (siehe Kapitel "Einspritzdüsen"), • das hydraulische Servosystem und • das Magnetventil.

Spritzbeginn und die Einspritzmenge werden mit dem elektrisch ansteuerbaren Injektor eingestellt. Der Einspritzzeitpunkt wird über das Winkel-Zeit-System der elektronischen Dieselregelung EDC gesteuert. Hierzu sind an der Kurbelwelle und zur Zylindererkennung (Phasenerkennung) an der Nockenwelle zwei Drehzahlsensoren notwendig.

Der Kraftstoff wird vom Hochdruckanschluss (Bild la, Pos. 9) über einen Zulaufkanal zur Einspritzdüse sowie über die Zulaufdrossel (10) in den Ventilsteuerraum (5) geführt. Der Ventilsteuerraum ist über die Ablaufdrossel (8), die durch ein Magnetventil geöffnet werden kann, mit dem Kraftstoffrücklauf (1) verbunden.

Injeklor (Funktionsprinzip)

c

a

2-

Bild 1

3-

•b

Inlektor öffnet

4-

c

I Jeklor sehlleßt n

5

a

Ruhezustand

t KraftstoHrücklauf

2 Magnetspule 3 Magnetanker 4 Ventilkugel

5 Vent.lsteuerraum

6 Drucksehulter der Dusennadel

7 Spntzloch

e

.nschluss

10 Zulaufdrossel tt Ventilkolben

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Abt.uldrossel

9 Hochdruck·

7

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Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

In geschlossenem Zustand der Ablaufdrossel (Bild la) überwiegt die hydraulische Kraft auf den Ventilkolben (11) gegenüber der Kraft auf die Druckschulter der Düsennadel (6). Infolgedessen wird die Düsennadel in ihren Sitz gepresst und schließt den Hochdruckkanal dicht zum Motorraum ab. Es kann kein Kraftstoff in den Brennraum gelangen. Beim Ansteuern des Magnetventils wird die Ablaufdrossel geöffnet (Bild Ib). Dadurch sinkt der Druck im Ventilsteuerraum und damit die hydraulische Kraft auf den Ventilsteuerkolben. Sobald die hydraulische Kraft jene auf die Druckschulter der Düsennadel unterschreitet, öffnet die Düsennadel, sodass der Kraftstoff durch die Spritzlöcher (7) in den Brennraum des Motors gelangen kann. Diese indirekte Ansteuerung der Düsennadel über ein hydraulisches Kraftverstärkersystem wird eingesetzt, weil die zu einem schnellen Öffnen der Düsennadel benötigten Kräfte mit dem Magnetventil nicht direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zur eingespritzten Kraftstoffmenge benötigte sogenannte Steuermenge gelangt über die Drosseln des Steuerraums in den Kraftstoffrücklauf. Zusätzlich zur Steuermenge gibt es Leckagemengen an der Düsennadel- und der Ventilkolbenführung. Die Steuer- und die Leckagemengen werden über den Kraftstoffrücklauf mit einer Sammelleitung, an die auch Überströmventil, Hochdruckpumpe und Druckregelventil angeschlossen sind, wieder in den Kraftstoffbehälter zurückgeführt. Arbeitsweise

Die Funktion des Injektors lässt sich in vier Betriebszustände bei laufendem Motor und fördernder Hochdruckpumpe unterteilen: • Injektor geschlossen (mit anliegendem Hochdruck), • Injektor öffnet (Einspritzbeginn), • Injektor voll geöffnet und • Injektor schließt (Einspritzende) .

Injektor (Einspritzung)

Diese Betriebszustände stellen sich durch die Kräfteverteilung an den Bauteilen des Injektors ein. Bei nicht laufendem Motor und fehlendem Druck im Rail schließt die Düsenfeder den Injektor. Injektor ge chlo sen (Ruhezu tand ) Das Magnetventil ist im Ruhezustand nicht angesteuert und damit geschlossen (Bilder la und 2a, nächste Seite). Wenn die Ablaufdrossel geschlossen ist, wird die Kugel des Ankers durch die Ventilfeder in den Sitz an der Abflussdrossel gepresst. Im Ventilsteuerraum baut sich der Hochdruck des Rail auf. Derselbe Druck steht auch im Kammervolumen der Düse an. Die durch den Raildruck auf die Stirnflächen des Steuerkolbens aufgebrachten Kräfte und die Kraft der Düsenfeder halten die Düsennadel gegen die öffnende Kraft, die an deren Druckschulter angreift, geschlossen. Injektor öffnet (Einspritzbeginn ) Der Injektor befindet sich in Ruhelage. Das Magnetventil wird mit dem sogenannten Anzugsstrom angesteuert (siehe Kapitel "Elektronische Steuerung und Regelung"), was einem schnellen Öffnen des Magnetventils dient (Bilder 1bund 2b, nächste Seite). Die erforderlichen kurzen Schaltzeiten lassen sich durch eine entsprechende Auslegung der Ansteuerung der Magnetventile im Steuergerät mit hohen Spannungen und Strömen erreichen. Die Kraft des nun angesteuerten Elektromagneten übersteigt die Kraft der Ventilfeder, und der Anker öffnet die Abflussdrossel. In kürzester Zeit wird der erhöhte Anzugsstrom auf einen geringeren Haltestrom des Elektromagneten reduziert. Dies ist möglich, da der Luftspalt des magnetischen Kreises nun geringer ist. Mit dem Öffnen der Abflussdrossel kann nun Kraftstoff aus dem Ventilsteuerraum in den darüber liegenden Hohlraum und über den Kraftstoffrücklauf zum Kraftstoffbehälter abfließen. Die Zulaufdrossel verhindert einen vollständigen Druckausgleich, und der Druck im Ventil-

297

298

Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

Injektor (Einspritzung)

Injektor (Schema)

9 Bild 2

a

Injektor geschlossen (Ruhezustand) Injektor geöffnet

b

(Einspritzung) Kraftstoffrücklauf

10

2 elektrischer Anschluss

3 Ansteuerelnhe,1 (Magnetvenlol)

4 Krahstoffzulauf (Hochdruck) vom Ra,l

11

5 Venl,lkugel

6 Ablaufdrossel 7 Zulaufdrossel

e

Ventilsleuerraum

9 Vent,lsleuerkolben 10 Zulaufkanal zu r Düse

11

Düsennadel

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Hochdruckkomponenten des Common Rail Systems

steuerraum sinkt. Dies führt dazu, dass der Druck im Ventilsteuerraum kleiner ist als der Druck im Kammervolumen der Düse, der noch immer das Druckniveau des Rail hat. Der verringerte Druck im Ventilsteuerraum führt zu einer verringerten Kraft auf den Steuerkolben und führt zum Öffnen der Düsennadel. Die Einspritzung beginnt. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel wird vom Durchflussunterschied zwischen der Zu- und Ablaufdrossel bestimmt. Der Steuerkolben erreicht seinen oberen Anschlag und verharrt dort auf einem Kraftstoffpolster. Das Polster entsteht durch den Kraftstoffstrom, der sich zwischen der Zuund Ablaufdrossel einstellt. Die Injektordüse ist nun voll geöffnet, und der Kraftstoff wird mit einem Druck, der annähernd dem Druck im Rail entspricht, in den Brennraum eingespritzt. Die Kräfteverteilung am Injektor ist ähnlich der Kräfteverteilung während der Öffnungsphase. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist bei gegebenem Druck proportional zur Einschalt zeit des Magnetventils und unabhängig von der Motor- bzw. Pumpendrehzahl (zeitgesteuerte Einspritzung). Dieselmotor mit Common Rail aul dem Motorprüfstand

Injektor (Einspritzung)

l niektor schließt (Einspritzende ) Wird das Magnetventils nicht mehr angesteuert, so wird der Anker durch die Kraft der Ventilfeder nach unten gedrückt, und die Kugel verschließt die Ablaufdrossel (Bild lc). Der Anker ist zweiteilig ausgeführt. Hierbei wird zwar die Ankerplatte durch einen Mitnehmer nach unten mitgeführt, sie kann aber nach unten mit der Rückstellfeder durchfedern und somit keine nach unten wirkende Kraft auf den Anker und die Kugel ausüben. Durch das Verschließen der Ablaufdrossel baut sich im Steuerraum über den Zufluss der Zulaufdrossel wieder ein Druck wie im Rail auf. Dieser erhöhte Druck übt eine erhöhte Kraft auf den Steuerkolben aus. Diese Kraft aus dem Ventilsteuerraum und die Kraft der Düsenfeder überschreiten nun die Kraft auf die Druckschulter der Düsennadel, und die Düsennadel schließt. Die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wird durch den Durchfluss der Zulaufdrossel bestimmt. Die Einspritzung endet, wenn die Düsennadel den Düsenkörpersitz wieder erreicht und somit die Spritzlöcher verschließt.

299

300

Einspritzdüsen

Einspritzdüsen Die Einspritzdüse spritzt den Kraftstoff in den Brennraum des Dieselmotors ein. Sie beeinflusst wesentlich die Gemischbildung und die Verbrennung und somit die Motorleistung, das Abgas- und das Geräuschverhalten. Damit die Einspritzdüsen ihre Aufgaben optimal erfüllen, müssen sie durch unterschiedliche Ausführungen abhängig vom Einspritzsystem an den Motor angepasst werden.

Der Kraftstoffdruck öffnet die Düse. Düsenöffnungen, Einspritzdauer und Einspritzverlaufbestimmen im Wesentlichen die Einspritzmenge. Sinkt der Druck, muss die Düse schnell und sicher schließen. Der Schließdruck liegt um mindestens 40 bar über dem maximalen Verbrennungsdruck um ungewolltes Nachspritzen oder das Eindringen von Verbrennungsgasen zu verhindern.

Die Einspritzdüse (im Folgenden kurz "Düse" genannt) ist ein zentrales Element des Einspritzsystems, das viel technisches "Know-how" erfordert. Die Düse hat maßgeblichen Anteil an: • der Formung des Einspritzverlaufs (genauer Druckverlauf und Mengenverteilung je Grad Kurbelwellenwinkel), • der optimalen Zerstäubung und Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum und • dem Abdichten des Kraftstoffsystems gegen den Brennraum.

Die Düse muss auf die verschiedenen Motorverhältnisse abgestimmt sein: • Verbrennungsverfahren (01 oder 101), • Geometrie des Brennraums, • Einspritzstrahlform und Strahlrichtung, • "Durchschlagskraft" und Zerstäubung des Kraftstoffstrahls, • Einspritzdauer und • Einspritzmenge je Grad Kurbelwellenwinkel.

Die Düse unterliegt wegen ihrer exponierten Lage im Brennraum ständig pulsierenden mechanischen und thermischen Belastungen durch Motor und Einspritzsystem. Der durchströmende Kraftstoff muss die Düse kühlen. Im Schubbetrieb, bei dem nicht eingespritzt wird, steigen die Temperaturen an der Düse stark an. Ihre Temperaturbeständigkeit muss deshalb für diesen Betriebspunkt ausgelegt sein.

Standardisierte Abmessungen und Baugruppen gestatten die erforderliche Flexibilität mit einem Minimum an Einzelteilvarianten. Neue Motoren werden aufgrund der besseren Leistung bei niedrigerem Kraftstoffverbrauch nur noch mit Direkteinspritzung (d. h. mit Lochdüsen) entwickelt. Die EinspritzdUse als SchniUstelie zwischen Einspritzsystem und Dieselmotor

Bei den Einspritzsystemen mit Reiheneinspritzpumpen (PE), Verteilereinspritzpumpen (VE/VR) und Unit Pump (UP) sind die Düsen mit Düsenhaltern im Motor eingebaut (Bild 1). Bei den Hochdruckeinspritzsystemen Common Rail (CR) und Unit lnjector (U!) ist die Düse im Injektor integriert. Ein Düsenhalter ist bei diesen Systemen nicht erforderlich. Für Kammermotoren (IDI) werden Zapfendüsen und bei Direkteinspritzern (01) Lochdüsen eingesetzt.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Einspritzdüsen

Dimensionen der Diesel-Einspritztechnik

DimensIOnen der Dlesel-Elnspnlzlechnlk

Die Welt der Dieseleinspntzung ,sI eine Welt der Superlative. Auf mehr als 1Milliarde Öffnungs- und Schließhübe kommt eine Düsennadel eines Nkw-Motors in ihrem . Einspritzleben". Sie dichtet bis zu 2050 bar sicher ab und muss dabei elntges aushalten : •

•

• Die Einspritzdauer beträgt 1...2 Millisekun· den (ms). In einer Millisekunde kommt eine Schallwelle aus einem Lautsprecher nur ca. 33 cm weil. • Die Einspritzmengen variieren beim Pkw zwischen 1 mm 3 (Voreinspritzung) und 50 mm 3 (VolIlastmenge) ; beim Nkw

sie schluckt die Stöße des schnellen Öffnens und Schließens (beim Pkw geschieht

zwischen 3 mm 3 (Vorelnspritzungl und 350 mm 3 (Volllastmenge) . 1mm 3 entspricht dem Volumen eines halben Stecknadel-

dies bis zu 10000-mal pro Minute bei Vor-

kopfs. 350 mm 3 ergeben die Menge von

und Nacheinspritzungenl,

12 groBen Regentropfen (30 mm 3 je Tropfen) . Diese Menge wird innerhalb von 2 ms

siewidersteht den hohen Strömungsbelastungen beim Einspntzen und

• sie hält dem Druck und der Temperatur im Brennraum stand . Was moderne Einspritzdüsen leisten, zeigen folgende Vergleiche : • In der Einspntzkammer herrscht ein Druck von bis zu 2050 bar. Dieser Druck entsteht,

mit 2000 km/h durch eine Öffnung mit wentger als 0,25mm' Ouerschnill gedrückt I • Das FührungsspIel der Düsennadel beträgt 0 ,002 mm (2 \-Im) . Ein menschliches Haar ist 30-mal so dick (0,06 mm) . Die Erfüllung all dieser Höchstleistungen

wenn Sie einen Oberklassewagen auf einen

erfordert ein sehr groBes Know-how in Entw icklung, Werkstoffkunde, Fertigung und

Fingernagel stellen würden.

Messtechnik.

,

FOhrungssp,el 0,002 mm

Stecknadelkopf (2 mm3 )

.6

Schall· geschwindigkeit 0 ,33 m/ms

Einspntzmenge 1 ... 350mm 3 -

- - Einspntzzett 1 ... 2 ms

301

302

Einspritzdüsen

Zapfendüsen

Zapfendüsen Anwendung

Zapfendüsen werden für Motoren eingesetzt, die nach dem Vorkammer- oder Wirbelkammerverfahren arbeiten (unterteilter Brennraum, Indirect Injection IDI). In diesen Motoren wird der Kraftstoff hauptsächlich durch die Wirbelarbeit der Luft aufbereitet. Die Gestalt des Einspritzstrahls kann diesen Vorgang der Kraftstoffaufbereitung noch unterstützen. Für Motoren mit Direkteinspritzung sind Zapfendüsen nicht geeignet, da die Druckspitzen im Brennraum die Düse öffnen würde. Folgende Ausführungen der Zapfen düsen stehen zur Verfügung: • Standard-Zapfendüsen, • Drosselzapfendüsen und • Flächenzapfendüsen. Aufbau und Arbeitsweise

Bild 1 1 Hubanschlagfläche 2 RIngnut 3 Düsennadel 4 Düsenkörperschaft 5 Druckkammer 6 Druckschulter 7 Spntzzap!en 8 Spntzloch 9 S,tze,nlau! 10 Zulaulbohrung 11 Düsenkörperschulter 12 DOsenkörperbund 13 Dichtfläche 14 Druckzapfen 15 Druckbolzenauflage '" Federkraft Fo durch den Kraftstoff·

druck resullierende Kraft an der Druck· schulter

Der Aufbau aller Ausführungen von Zapfendüsen ist nahezu gleich. Der Unterschied liegt in der Geometrie des Spritzzapfens (Bild 1, Pos. 7). In einem Düsenkörper sitzt eine Düsennadel (3). Sie wird von der Feder und dem Druckbolzen des Düsenhalters mit der Kraft PF niedergedrückt und dichtet so gegen den Brennraum ab. Der ansteigende Druck in der Druckkammer (5) drückt die Düsennadel über die Druckschulter (6) zurück (Po). Der Spritzzapfen gibt das Spritzloch (8) frei und Kraftstoff wird eingespritzt ("die Düse öffnet", Öffnungsdruck 110 ... 170 bar). Fällt der Druck ab, schließt die Düse wieder. Das Öffnen und Schließen wird also über den Druck in der Düse gesteuert.

Dro elzapfendüse Eine Zapfen düse mit besonderen Zapfenabmessungen ist die Drosselzapfendüse. Die Kontur des Spritzzapfens ermöglicht ein Formen des Einspritzverlaufs. Die Düsennadel gibt beim Öffnen zunächst nur einen sehr engen Ringspalt frei, der nur wenig Kraftstoff durchlässt (Drosselwirkung). Öffnet die Nadel mit dem ansteigenden Druck weiter, erweitert sich der Durchflussquerschnitt. Erst gegen Ende des Nadelhubs wird der Hauptanteil eingespritzt. Das Formen des Einspritzverlaufs hat eine weichere Verbrennung zur Folge, weil der Druck im Brennraum langsamer ansteigt. Somit reduziert sich das Verbrennungsgeräusch im Teillastbereich. Dies bedeutet, dass die Spritzzapfenform zusammen mit dem Drosselspalt und der Charakteristik der Druckfeder im Düsenhalter den gewünschten Einspritzverlauf bewirken. Standard·Zapfendüse

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13

12 11

4

Ausführungen

tandard-Zap fendüse Die Düsennadel (Bild 1, Pos. 3) der Standard-Zapfendüse hat an ihrem Ende einen Spritzzapfen (7), der mit geringem Spiel in das Spritzloch (8) des Düsenkörpers hineinragt. Mit verschiedenen Abmessungen und Zapfenausführungen lässt sich der Einspritzstrahl entsprechend den motorseitigen Anforderungen verändern.

10

6 7

9 8 ｾ＠

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Einspritzdüsen

lächenzapfendü e Bei der Flächenzapfendüse (Bild 3) hat der Drosselzapfen einen Flächenanschliff, der beim Öffnen (bei geringem Nadelhub) zusätzlich zum Ringspalt einen Strömungskanal freigibt. In diesem Bereich werden Ablagerungen aufgrund eines erhöhten Volumenstroms vermindert. Deshalb verkoken Flächenzapfendüsen weniger und gleichmäßiger. Der Ringspalt zwischen Spritzloch und Drosselzapfen ist sehr klein « 10 flm). Die angeschliffene Fläche liegt häufig parallel zur Düsennadelachse. Mit einer zusätzlichen Neigung des Flächenanschliffs kann im flachen Kurventeil (Bild 4) die Durchflussmenge Q stärker ansteigen. So ergibt sich ein sanfterer Übergang zum vollen Öffnen der Einspritzdüse. Mithilfe spezieller Geometrien wie "Radiuszapfen" oder "Profilfläche" lässt sich die Durchflusskennlinie an motorspezifische Anforderungen anpassen. Das Geräusch des Motors im Teillastbereich wird dadurch verringert und das Fahrverhalten verbessert.

303

Zapfendüsen

Wärmeschutz

Temperaturen über 220°C an der Einspritzdüse bewirken ebenfalls ein starkes Verkoken. Wärmeschutzplättchen oder -schutzhülsen (Bild 2), die die aus dem Brennraum zufließende Wärme zum Zylinderkopf ableiten, schaffen Abhilfe.

WärmeschutzhOlse

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2

Bild 2

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Flächenzapfendüse

1

Bild 3

Durchflussmenge als Funktion von Nadelhub

a Settenanslcht

und Düsenausführung

b

a

Zapfenduse

2 Wärmeschutzhülse 3 Schutzscheibe 4 Zyhnderkopf

I/h r - - - , - - - - - - - ; ; ; - - --.-.---,

VorderanSicht (AnSicht a um 90· gedreht) Nadels,tz

2 DOsenkörperboden 3 D rosselzapfen 4 Rächenanschlilf 5 Sprilzloch

8 2

7 ｾ＠

3 4 5

b

6

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200

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Cl

6 Profilspnlzzapfen 7 GesamtOberdeckung B zyllndrosche

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Uberdeckung 9 Düsenkörpersllz

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DrosselzapfendOse

2 Aächenzapfendüse

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Nadelhub "

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0 ,8 mm ::;

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(DrosselzaplendOse mtl Rächenanschliff) lJ,Q Differenz der Durch·

flussmenge durch geeigneten Flächenanschliff

304

Einspritzdüsen

Lochdüsen

Lochdüsen Anwendung Lochdüsen werden für Motoren verwendet, die nach dem Direkteinspritzverfahren arbeiten (Direct Injection DI). Die Einbauposition ist meist durch die Motorkonstruktion vorgegeben. Die unter verschiedenen Winkeln angebrachten Spritzlöcher müssen passend zum Brennraum ausgerichtet sein (Bild 1). Lochdüsen werden unterteilt in • Sacklochdüsen und • Sitzlochdüsen. Außerdem unterscheiden sich Lochdüsen in ihrer Baugröße nach: • Typ P mit einem Nadeldurchmesser von 4 mm (Sack- und Sitzlochdüsen) oder • Typ S mit einem Nadeldurchmesser von 5 und 6 mm (Sacklochdüsen für Großmotoren). Bei den Einspritzsystemen Unit Injector (UI) und Common Rail (CR) sind die Lochdüsen in die Injektoren integriert. Diese übernehmen damit die Funktion des Düsenhalters. Der Öffnungsdruck der Lochdüsen liegt zwischen 150 .. .350 bar. Position der LochdOse im Brennraum

Bild 1 1 DLisenhalter oder

Injektor 2 OJChtscheibe

3 Lochduse

r

Neigung

,) Spnl2kegelwmkel

Aufbau Die Spritzlöcher (Bild 2, Pos. 6) liegen auf dem Mantel der Düsenkuppe (7). Anzahl und Durchmesser sind abhängig von • der benötigten Einspritzmenge, • der Brennraumform und • dem Luftwirbel (Drall) im Brennraum. Der Durchmesser der Einspritzlöcher ist innen etwas größer als außen. Dieser Unterschied ist über den k-Faktor definiert. Die Einlaufkanten der Spritzlöcher können durch hydroerosive (HE- )Bearbeitung verrundet sein. An Stellen, an denen hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten (Spritzlocheinlauf), runden die im HEMedium enthaltenen abrasiven (materialabtragenden) Partikel die Kanten ab. Die HE-Bearbeitung kann sowohl für Sacklochals auch für Sitzlochdüsen angewandt werden. Ziel dabei ist es, • den Strömungsbeiwert zu optimieren, • den Kantenverschleiß, den abrasive Partikel im Kraftstoff verursachen, vorwegzunehmen und/oder • die Durchflusstoleranz einzuengen. Die Düsen müssen sorgfältig auf die gegebenen Motorverhältnisse abgestimmt sein. Die Düsenauslegung ist mitentscheidend für • das dosierte Einspritzen (Einspritzdauer und Einspritzmenge je Grad Kurbelwellenwinkel) , • das Aufbereiten des Kraftstoffs (Strahlanzahl, Strahl form und Zerstäuben des Kraftstoffstrahls) , • die Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum sowie • das Abdichten gegen den Brennraum. Die Druckkammer (10) wird durch Elektrochemische Metallbearbeitung ECM eingebracht. Dabei wird in den gebohrten Düsenkörper eine Elektrode eingeführt, die von einer Elektrolytlösung durchspült wird. Am elektrisch positiv geladenen Düsenkörper wird Material abgetragen (anodische Auflösung).

Einsprilzdüsen

Ausführungen

SacklochdOse

Der Kraftstoff im Volumen unterhalb des Nadelsitzes der Düsennadel verdampft nach der Verbrennung und trägt damit wesentlich zu den Kohlenwasserstoff-Emissionen (He) des Motors bei. Daher ist es wichtig, dieses Volumen (Rest- oder Schadvolumen) so klein wie möglich zu halten. Außerdem hat die Geometrie des Nadelsitzes und die Kuppenform entscheidenden Einfluss auf das Öffnungs- und Schließverhalten der Düse. Dies hat Einfluss auf die Ruß und NOx-Emissionen des Motors. Die Berücksichtigung dieser Faktoren haben - je nach Anforderungen des Motors und des Einspritzsystems - zu unterschiedlichen Düsenausführungen geführt.

14 2 13 12 11 Bild 2 1 Hubanschlagfläche

10

3

2 Fixierbohrung

3 Druckschulter

9

4 doppelte Nadel' IOhrung 5 Nadelschaft 6 Spritzloch 7 Düsenkuppe

ｾ Ａ＠

4

Grundsätzlich gibt es zwei Ausführungen: • Sacklochdüsen und • Sitzlochdüsen.

5

8 DOsenkörperschaft 9 DUsenkörperschulter 10 Druckkammer 11 Zulaufbohrung

8

12 NadelfOhrung 13 DUsenkörperbund 14 Dichlfläche

Bei den Sacklochdüsen werden unterschiedliche Varianten eingesetzt. acklochdüse Die Spritzlöcher der Sacklochdüse (Bild 2, Pos. 6) sind um ein Sackloch angeordnet. Bei einer runden Kuppe werden die Spritzlöcher je nach Auslegung mechanisch oder durch elektrischen Teilchenabtrag (elektroerosiv ) gebohrt. Sacklochdüsen mit konischer Kuppe sind generell elektroerosiv gebohrt. Sacklochdüsen gibt es mit zylindrischem und mit konischem Sackloch in verschiedenen Abmessungen.

6 Ｍ

ｾ

F. Fo ＢｖｯＯ＠

Federkraft durch den Kraftstoff· druck resultierende

"'----- 7

Kraft an der Druck' schulter

Bezeichnungen an einer DOsenkuppe mit zylindrischem Sackloch und runder Kuppe

,.. '"6 '" .-·1·

Einspntzverlaufsformung

- - --*-tf

Durchfluss·Toleranz

- --I-iI

Warmhärte Körper Schadvolumen Sackloch

Spritzloch· - Durchmesser - Einlaufkontur - Form - Oberfläche - Vanabilrtät

Entwicklungswerkzeuge bei der Düsenentwicklung

3D-Strömungssimulation (a) Transparente Düse Mechanische Strahluntersuchung Optische Strahluntersuchung (b) Transparentmotor Versuch"motor

a

Einspritzdüsen

ｄｴ･ｳｾＬｮｰｲｺｵｧ＠

309

Dieseleinspritzung ist Präzisionstechnik

!.SI P,äzlslonstechnlk

Bel Dieselmotoren denken \/Ieie laien eher

schleifen mit einer speziellen Flüssigkeit ver-

an groben Maschinenbau als an Präzisions-

rundet (hydroerosive Bearbeitung).

mechanik. Modeme Komponenten der Dieselelnspntzung bestehen Jedoch aus hoch prä'

Die winzigen Toleranzen erfordem spezielle,

zlsen Teilen , die extremen Belastungen aus·

hochgenaue Messverfahren wie zum Beispiel:

gesetzt sind .

• die optische 3·D-Koordinatenmessmaschlne zum Vermessen der Emspntzlöcher

Die Elnspntzdüse ISt die Schnittstelle zwi· schen dem Einspntzsystem und dem Motor. Sie muss über die gesamte Lebensdauer des

oder • die Lasennterferometroe zum Messen der Ebenheit der DOsendichtfläche.

Motors exakt öffnen und schließen. Im ge· schlossenen Zustand dürfen keine Lecks ent·

Die fertigung der Komponenten zur Diesel·

stehen . Dies würde den Kraftstolfverbrauch

elnspntzung Ist also .Hlghtech" In Großserie.

erhöhen, die Abgasemissionen verschlechtem oder sogar zu Motorschäden fUhren. Damit die Düsen bel den hohen Drucken der modemen Elnspntzsysteme VR (VP44),

H.... kommt es auf PrIIzISlOn an

eR, UPS und UIS (biS zu 2050 bar) Sicher abdichten, müssen sie speZiell konstruiert und sehr genau gefert igt sein. Hier elmge Beispiele • Damit die Dlchtnache des Düsenkörpers (1) sicher abdichtet, hat sie eine maximale Formabweichung von 0,001 mm (1 j.lm). Das heißt, sie muss auf ca. 4000 Metall-

2 - - - " " " " , --

atom lagen genau gefertigt werden! • Das Führungsspiel zwischen Düsennadel und Düsenkörper (2) beträgt 0,002 . .0,004 mm (2 ... 4 j.lm) Die Formab· welchungen sind durch Feinstbearbeitung ebenfalls kleiner als 0,001 mm (1 !-Im). Die feinen Spntzlöcher (3) der Düsen werden bei der Herstellung erodiert (elektroerOSIves Bohren). Beim Erodieren verdampft das Metall durch die hohe Temperatur bel der Funken· enlladung ZWischen einer Elektrode und dem Werkstück. Mit präzise gefertigten Elektroden und exa ter Einstellung der Parameter können sehr genaue Bohrungen mit Durchmessem von 0,12 mm hergestellt werden. Der kleinste Durchmesser der Einspritzlöcher Ist dam,t nur 1

doppelt so groß wie der eines menschlichen verhallen zu erreIchen, werden dIe EInlaufkanten der Emspntzlöcher durch Strömungs-

D,chtfläche des Dusenkörpers

Haars (O,Oe mm). Um ein besseres Elnspntz-

3

2 FührungsspIel ZW1schen Düsennadel

und DOsenkörper 3 Spntzloch

310

Düsenhalter

Düsenhalter Düsenhalter bilden zusammen mit den dazugehörigen Einspritzdüsen die Düsenhalterkombination DHK. Für jeden Motorzylinder ist je eine Düsenhalterkombination im Zylinderkopf eingebaut (Bild 1). Sie sind ein wichtiger Bestandteil des Einspritzsystems und beeinflussen die Motorleistung, das Abgas- und das Geräuschverhalten wesentlich. Damit sie ihre Aufgaben optimal erfüllen, müssen sie durch unterschiedliche Ausführungen an den Motor angepasst sein.

Bild 1 1 KraflsloHzulauf

• Druckfeder(n) (9):

5 DichtscheIbe

• Düsenspannmutter (8):

Dieselmotors 7

Zytinderkopf

8 Düsenspannmutler

9 Druckfeder 10 Druckkanal 11

Filter

Einbauprinzip einer Dilsenhalterkombination

am Beispiel eines Direkteinspritzmotors

Die Einspritzdüse (4) im Düsenhalter spritzt den Kraftstoff in den Brennraum (6) des Dieselmotors ein. Der Düsenhalter enthält folgende wesentliche Elemente:

2 Hal tekörper 3 KraflstoHruckiauf 4 Etnspntzdüse

6 Brennraum des

Daneben enthält der Düsenhalter je nach Ausführung Dichtungen und Distanzscheiben_ Standardisierte Abmessungen und Baugruppen gestatten die erforderliche Flexibilität mit einem Minimum an Einzelteilvarianten_

+ --2

Sie stützen sich auf die Düsennadel und schließen so die Einspritzdüse.

4 5

Sie hält und zentriert die Einspritzdüse. • Filter (11):

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Es hält Verunreinigungen zurück. • Anschlüsse für Kraftstoffzu- und -rücklauf bilden über den Druckkanal ( 10) die Verbindung zu den Kraftstoffleitungen.

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Bosch Typformel für DU.enhalter

K B A L Z 105 S V XX ...

K DOsenhalter B Ransch- oder Pratzenbefestigung C E inschraubgewinde an Düsenspannmutler 0 Überwu rtsch raube

I

A Unten liegende Feder Halter (21 17 mm (P-Düse), (21 25 mm (S-Düse) E Unten liegende Feder Halter 0 21 mm (p. und S-DOse) N Unten liegende ｾ､･ｲ＠ Halter 0 17/21 mm (P-Düse) Bild 2

Diese Nummer Ist am Düsenhalter aufgeprägt und ermöglicht dIe 90-

Zeichn ungsn ummer

V Versuchshalter kein Buchstabe = Serienhaller p DOse (Bund 0 14,3 mm) S DOse (Bund 0 17 mm)

Einbaulänge (mm)

l langer DOsenbund kein Buchstabe = kurzer Düsenbund Z zwei Zulaufbohf\lngen kein Buchslabe = eine Zulaulbohrung

naue IdentIfikatIon des DOsenhalters.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

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311

Düsenhalter

Der Aufbau des Düsenhalters ist für Motoren mit direkter (DI) oder indirekter Einspritzung (IOI) prinzipiell gleich. Da heute fast ausschließlich Direkteinspritzer entwickelt werden, sind hier hauptsächlich DHK für DI-Motoren dargestellt. Die Beschreibungen gelten aber auch für 101Motoren, bei denen dann anstelle der Lochdüsen Zapfendüsen verwendet werden.

Düsenhalter können mit Flanschen, Spannpratzen, Überwurfmuttern und mit einem Einschraubgewinde am Zylinder kopf befestigt sein. Der Druckanschluss liegt zentral oder seitlich. Der an der Düsennadel vorbeileckende Kraftstoff dient zur Schmierung. Bei vielen Düsenhaltervarianten wird er über die Leckkraftstoffleitung zum Kraftstoffbehälter zurückgeleitet. Einige Düsenhalter arbeiten ohne Leckkraftstoff - also ohne die entsprechende Rückleitung. Der Kraftstoff im Federraum dämpft bei hohen Einspritzmengen und Drehzahlen den Nadelhub, sodass sich ein ähnlicher Einspritzverlauf wie beim Zweifederdüsenhalter ergibt.

Düsenhalter können mit verschiedenen Düsen kombiniert sein. Es gibt je nach Anforderungen an den Einspritzverlauf • Standard-Düsenhalter (Einfeder-Düsenhalter) und • Zweifeder-Düsenhalter (nicht bei Unit Pump Systemen). Eine Variante dieser Ausführungen ist der Stufenhalter, der sich besonders für enge Platzverhältnisse eignet.

Bei den Hochdruck-Einspritzsystemen Common Rail und Unit Injector (auch Pumpe-Düse-Einheit genannt) ist die Düse im Injektor integriert. Ein Düsenhalter ist bei diesen Systemen nicht erforderlich.

Düsenhalter werden je nach Einspritzsystem mit und ohne Nadelbewegungssensor eingesetzt. Der Nadelbewegungssensor meldet dem Motorsteuergerät den genauen Einspritzbeginn.

Für Großmotoren mit einer Zylinderleistung von über 75 kW gibt es anwendungsspezifische Düsenhalterkombinationen mit und ohne Kühlung.

BelSpoe!e fur OUsenhallerkomblnauonen

Bild 3 Stufenhalter für Nkw

a

b

Standard· DOsen· halter für verschle· dene Motoren

c

Zwelfeder·DOsen· halter für Pkw

d

Standard·DOsen· halter für vensch,e· dene Motoren

e

Stufenhalter ohne leckkrahstoff· anschluss für Nkw Stufenhalter für Nkw

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Stufenhalter für ver·

h

Zwelfeder·DOsen·

schiedene Motoren

1I 2cm

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b

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d

e

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h

halter für Pkw Stufen halter !Ur ver· schledene Motoren Standard·Düsen· halter mit Zapfen· düse für venschl" dene IDI·Motoren

312

Düsenhalter

Standard·Düsenhalter

Standard-Düsen halter

Standard·DOsenhaiterkombination für Direkteinspritzmotoren (On

Anwendung und Aufbau

-+- - - - - - 10

-+- - - 11 2 - ----1-H

Standard-Düsenhalter zeigen folgende Merkmale: • zylindrische Außenform mit Durchmessern von 17, 21, 25 und 26 mm, • gegen Verdrehen fixierte Lochdüsen für Motoren mit Direkteinspritzung und • standardisierte Einzelteile (Federn, Druckbolzen, Düsenspannmutter), die Kombinationen ermöglichen.

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Bild 1

1 Dtchtkegel 2 Anschlussgewinde für zentralen Druckanschluss

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3 Haltekörper ｾ

4 DOsenspannmuller

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5 ZWlSchenschetbe 6 Einspntzdüsen-

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Die Düsenhalter-Kombination setzt sich aus Einspritzdüse und Düsenhalter zusammen (Bild 1, Beispiel mit Lochdüse). Der Düsenhalter besteht aus folgenden Komponenten: • Haltekörper (3), • Zwischenscheibe (5), • Düsenspannmutter (4), • Druckbolzen (18), • Druckfeder (17), • Ausgleichscheibe (15) und • Fixierstifte (20).

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Ｍ

20

Die Einspritzdüse wird mit der Düsenspannmutter zentrisch am Haltekörper befestigt. Beim Zusammenschrauben von Haltekörper und Düsenspannmutter wird die Zwischenscheibe gegen die Dichtflächen von Halteund Düsenkörper gepresst. Die Zwischenscheibe dient als Anschlag für den Düsennadelhub und zentriert mit den Fixierstiften die Düse zum Körper des Düsenhalters.

körper Düsennadel

B DLisenkörpersll


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Druckbolzen ZWIschenscheIbe

2cm

ｾ＠ ｾ＠ :::!' :>

=

7 Fi;iJerstlft 8 Druckleder 9 LeckkrahstoH· bohrung 10 Oruckrohrslutzen 11

Halt.körper

12 Gewinde für Aus2.lehshft

Düsenhalter

314

Zweileder·Düsenhalter

Zweifeder-Düsenhalter ｚｷ･ｾ､ｲﾷｄｏｳｮｨ｡ｬｴｫｯｭ｢ｩ＠

Anwendung

Der Zweifeder-Düsenhalter ist eine Weiterentwicklung des Standard-Düsenhalters. Er besitzt die gleichen Außendurchmesser. Sein abgestufter Einspritzverlauf (Bild 2) führt zu einer "weicheren Verbrennung" und so zur Reduzierung der Verbrennungsgeräusche, besonders im Leerlauf- und Teillastbereich. Er wird hauptsächlich für Direkteinspritzer (DI) verwendet. Aufbau und Arbeitsweise

Beim Zweifeder-Düsenhalter (Bild 1) sind zwei Druckfedern hintereinander angeordnet. Zunächst wirkt nur eine Druckfeder (3) auf die Düsennadel (13) und bestimmt damit den ersten Öffnungsdruck. Die zweite Druckfeder (6) stützt sich auf einer Anschlaghülse (10) ab, die den Vorhub begrenzt. Beim Einspritzvorgang öffnet die Düsennadel zunächst bis zum Vorhub h1 (0,03 ... 0,06 mm für DI-Motoren, 0,1 mm für IDI-Motoren) . Damit gelangt nur eine geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum. Steigt der Druck im Düsenhalter weiter an, wird die Anschlaghülse gegen die Federkraft beider Druckfedern (3 und 6) abgehoben. Die Düsennadel wird jetzt auf vollen Hub geöffnet (h , + h2 , 0,2 ... 0,4 mm) sodass die Hauptmenge eingespritzt wird.

4 5 6 7 8 Bild 1 1 Haltekörper 2 AusgleIChscheibe 3 DNclcfeder 1

4 DNcltboizen

11

5 FuhNngsschelbe 6 Druckfeder 2 7 Drucltshft

12

8 Federteller 9 ZWIschenscheibe

13

10 Anschiaghulse 11

flnspntzdüsen'

§

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körper 12 Dilsenspannmutter

Vergleich des Nadelhubverlaufs

O,4r"" a- - - - -- --

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13 Düsennadel

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halter (Elnleder· Düsenhalter) b

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1., Vorhub 1., Haupthub

Bild 2

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Zweifeder· Düsenhalter

11,

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11,

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Zeit

Ｍｾ＠

ms

Düsenhalter

315

Düsenhalter mit Nadelbewegungssensor

Düsenhalter mit Nadelbewegungssensor Anwendung

Der Spritzbeginn ist eine wichtige Kenngröße für den optimalen Betrieb von Dieselmotoren. Das Messen dieser Größe ermöglicht z. B. die last- und drehzahlabhängige Spritzverstellung im geschlossenen Regelkreis. Hierfür dient bei Verteiler- oder Reiheneinspritzpumpen ein Düsenhalter mit Nadelbewegungssensor NBS (Bild 2), der beim Anheben der Düsennadel ein Signal liefert. Er wird auch Nadelbewegungsfühler NBF genannt.

ZweifederdOsenhaiter mit NadelbewegungssenSOr für Direkteinspritzmotoren

I

\

Aufbau und Arbeitsweise

Die Aufnehmerspule (Bild 2, Pos. 11) wird von einem Strom mit ca. 30 mA durchflossen. Dadurch entsteht ein Magnetfeld. Der verlängerte Druckbolzen (12) taucht in den Führungsbolzen (9) ein. Die Eintauchtiefe X bestimmt den magnetischen Fluss in der Aufnehmerspule. Eine Bewegung der Düsennadel induziert mit der Änderung des magnetischen Flusses in der Spule eine geschwindigkeitsabhängige Signal spannung (Bild 1), die in einer Auswerteschaltung im Steuergerät direkt verarbeitet wird. Das Überschreiten einer Schwellenspannung dient der Auswerteschaltung als Signal für den Spritzbeginn.

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2-+,

3-

-+l·W-C

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Fahrpedalmodul

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2

Pedalaehs.

3

Magnel

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Einbau in da. Bauelemente

Hall·Sen.or

Sensoren

354

Heißfilm-Luftmassenmesser HFM5

Hei ßfi Im- Luftmassenmesser HFM5 Anwendung

Eine optimale Verbrennung im Rahmen der gesetzlich festgelegten Abgasgrenzwerte setzt voraus, dass die dazu im jeweiligen Betriebszustand notwendige Luftmasse präzise zugeführt wird. Zu diesem Zweck misst der Heißfilm-Luftmassen messer einen Teilstrom des tatsächlich durch das Luftfilter bzw. das Messrohr strömenden Luftmassenstroms sehr genau. Er berücksichtigt auch die durch das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile hervorgerufenen Pulsationen und Rückströmungen. Änderungen der Ansauglufttemperatur haben keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Aufbau

Der Heißfilm-Luftmassenmesser HFM5 ragt mit seinem Gehäuse (Bild 1, Pos. 5) in ein Messrohr (2), das je nach der für den Motor benötigten Luftmasse unterschiedHei6film·Luftmassenmesser HFM5 (Schema)

liche Durchmesser haben kann (für 370 ... 970 kglh). Das Messrohr ist nach dem Luftfilter im Ansaugtrakt eingebaut. Es gibt auch Stecksensoren, die im Luftfilter montiert sind. Wesentliche Bestandteile des Sensors sind eine vom Messteilstrom der Luft im Einlass (8) angeströmte Messzelle (4) sowie eine integrierte Auswerteelektronik (3). Die Elemente der Messzelle sind auf ein Halbleitersubstrat und die Elemente der Auswerteelektronik (Hybridschaltung) auf ein Keramiksubstrat aufgedampft. Dadurch ist eine sehr kleine Bauweise möglich. Die Auswerteelektronik ist wiederum über elektrische Anschlüsse (1) mit dem Steuergerät verbunden. Der Teilstrom-Messkanal (6) ist so geformt, dass die Luft ohne Verwirbelung an der Sensormesszelle vorbei und über den Auslass (7) in das Messrohr zurückfließen kann. Dadurch verbessert sich das Sensorverhalten bei stark pulsierenden Strömungen, und neben den Vorwärtsströmungen werden auch Rückströmungen erkannt (Bild 2) . Arbeitsweise

Der Heißfilm-Luftmassenmesser ist ein "thermischer Sensor". Er arbeitet nach folgendem Prinzip: Auf der Sensormesszelle (Bild 3, Pos. 3) beheizt ein zentral angeordneter Heizwiderstand eine mikromechanische Sensormembran (5) und hält sie auf einer konstanten Temperatur. Außerhalb dieser geregelten Heizzone (4) fällt die Temperatur auf beiden Seiten ab.

Bild' Elektnsche Anschlüsse

(Stecker) 2

3

Messrohr- oder Luftf,ltergehäusewand

3

AuswerteelektronIk (Hybridschaltung)

4

Sensormesszelle

5

Sensorgehäuse

6

Teilstrorn-Messkanal

7

Auslass Messteil-

8

strom Q... E,nlass Messt.,IstrornQ..

4

5 6 lern

Zwei symmetrisch zum Heizwiderstand stromauf- und stromabwärts auf der Membran aufgebrachte temperaturabhängige Widerstände (Messpunkte M h M2 ), erfassen die Temperaturverteilung auf der Membran. Ohne Luftanströmung ist das Temperaturprofil (1) auf bei den Seiten gleich (T1 = T2 ).

Sensoren

Strömt Luft über die Sensormesszelle, verschiebt sich das gleichmäßige Temperaturprofil auf der Membran (2) . Auf der Ansaugseite ist der Temperaturverlauf steiler, da die vorbeiströmende Luft diesen Bereich abkühlt. Auf der gegenüberliegenden, dem Motor zugewandten Seite kühlt die Sensormesszelle zunächst ab. Die vom Heizelement erhitzte Luft erwärmt dann aber im weiteren Verlauf die Sensormesszelle. Die Änderung der Temperaturverteilung führt zu einer Temperaturdifferenz (LlT) zwischen den Messpunkten MI und M2 • Die an die Luft abgegebene Wärme und damit der Temperaturverlauf an der Sensormesszelle hängt von der vorbeiströmenden Luftmasse ab. Die Temperaturdifferenz ist (unabhängig von der absoluten Temperatur der vorbeiströmenden Luft) ein Maß für die Masse des Luftstroms; sie ist zudem richtungsabhängig, sodass der Luftmassenmesser sowohl den Betrag als auch die Richtung eines Luftmassenstromes erfassen kann. Aufgrund der sehr dünnen mikromechanischen Membran reagiert der Sensor sehr schnell auf Veränderungen « 15 ms). Dies ist besonders bei stark pulsierenden Luftströmungen wichtig. Die Widerstandsdifferenz an den Messpunkten MI und M2 wandelt die im Sensor integrierte Auswerteelektronik in ein für das Steuergerät angepasstes analoges Spannungssignal zwischen 0 ... 5 V um. Mithilfe der im Steuergerät gespeicherten Sensorkennlinie (Bild 2) wird die gemessene Spannung in einen Wert für den Luftmassenstrom umgerechnet [kg/h]. Die Kennliniencharakteristik ist so gestaltet, dass die integrierte Diagnose im Steuergerät Störungen wie z. B. eine Leitungsunterbrechung erkennen kann. Im HeißfilmLuftmassenmesser HFM5 kann ein Temperatursensor für zusätzliche Auswertungen integriert sein. Er befindet sich auf der Sensormesszelle vor der Heizzone.

355

Heißfilm·Luftmassenmesser HFM5

Für die Bestimmung der Luftmasse ist er nicht erforderlich. Für bestimmte Fahrzeugapplikationen gibt es zusätzliche Vorkehrungen für eine bessere Wasser- und Schmutzabscheidung (Innenrohr, Schutzgitter). HeiBfilm·Luftmassenmesser (AuS9angsspannung in Abhängigkeit vom vorbeiströmenden Messleilstrom)

ｶｾ

Ｍｾ

6

Ｍｾ＠

AückSlrömUOQ

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VOIwilr1SStrömung

0

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400 kg/h 600 200 Luftmassenstrom

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Heißfilm·Luft massenmesser (Messprinzip)

Bild J Temperaturprofil ohne Anslrömung 2

Tcmpcralurprofil mit

3

Sensormesszelle

4

HelZZone

Anströmung

5

Sensormembran

6

Messrohr mll Luft·

7

Ansaugluflslrom

massenmesser M it M 2 Messpunkle TI. T2

Temperaturwerte

an den Messpunkten M, und M, T Temperaturd Iflerenz

Sensoren

356

Planare Breitband-Lambda-Sonde LSU4

Für eine genauere Regelung werden bei einigen Systemen auch mehrere Sonden eingesetzt, zum Beispiel vor und nach dem Katalysator sowie in den einzelnen Abgassträngen (Zylinderbänken ).

Planare Breitband-LambdaSonde LSU4 Anwendung

Mit der Breitband-Lambda-Sonde kann die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft -Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Die Luftzahl ..1. beschreibt dieses Luft -Kraftstoff-Verhältnis. Breitband-Lambda-Sonden können nicht nur im "stöchiometrischen" Punkt bei ..1. = 1, sondern auch im mageren (..1. > 1) und fetten (..1. < 1) Bereich genau messen. Sie liefern im Bereich 0,7 < ..1. < 00 (00 = Luft mit 21 % O 2) ein eindeutiges, stetiges elektrisches Signal (Bild 2).

Bild 1 1 2

Abgas,ohr

Abgas

3 4

Regelelektron,k

5

Referenzzelle m,t

HeIZer

Referenzluftkanal

6

D,ffuslOnsspalt

7

Nernst·

Aufbau

Mit diesen Eigenschaften kommt die Breitband-Lambda-Sonde nicht nur bei Motormanagementsystemen mit Zweipunkt-Regelung (..1. = 1), sondern auch bei Regelkonzepten mit mageren und fetten Luft-KraftstoffGemischen zum Einsatz. Sie eignen sich aber auch für die Lambda-Regelung von Ottomotor -Magerkonzepten, Dieselmotoren, Gasmotoren und Gasheizthermen (daher die Bezeichnung LSU: Lambda-SondeUniversal). Die Sonde ragt in das Abgasrohr und erfasst den Abgasstrom aller Zylinder.

Die Breitband-Lambda-Sonde LSU4 (Bild 3) ist eine planare Zweizellen-Grenzstromsonde. Ihre Messzelle (Bild 1) besteht aus einer Zirkondioxyd-Keramik (Zr02)' Sie ist die Kombination einer Nernst-Konzentrationszelle (Sensorzelle, Funktion wie bei einer Zweipunkt-Lambda-Sonde) und einer Sauerstoff-Pumpzelle, die Sauerstoffionen transportiert. Die Sauerstoff-Pump zelle (Bild 1, Pos. 8) ist zu der Nernst-Konzentrationszelle (7) so angeordnet, dass zwischen beiden ein Diffusionsspalt (6) von etwa 10 ... 50 flm entsteht. Der Diffusionsspalt steht mit dem Abgas durch ein Gaszutrittsloch (10) in Verbindung; die poröse Diffusionsbarriere (11) begrenzt dabei das Nachfließen der Sauerstoffmoleküle aus dem Abgas. Die Nernst-Konzentrationszelle ist auf der einen Seite durch einen Referenzluftkanal (5) über eine Öffnung mit der umgebenden Atmosphäre verbunden; auf der anderen Seite ist sie dem Abgas im Diffusionsspalt ausgesetzt.

Planore Breitband-Lambda- So nde (schematischer Aufbau d er Messzelle und Anordnung im Abgasrohr)

KonzenlrallonszeUe

B ｓ｡ｵ･ｲｳｬｯｦ

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Pumpzelle mll

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innerer und äußerer Pumpelekt,ode

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fXlröse Schutzschicht

10 Gaszutrittsloch 11 poföse D,ffuslOns· ba",e,e

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I

Pumpslrom

Up Pumpspannung

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11

ｾ＠ ｾ＠

p

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Sensoren

Die Sonde liefert erst bei einer Betriebstemperatur von mindestens 600 ... 800 oe ein brauchbares Signal. Damit diese Betriebstemperatur schnell erreicht wird, ist die Sonde mit einem integrierten Heizer (3) versehen. Arbeitsweise

Das Abgas gelangt durch das kleine Gaszutrittsloch der Pumpzelle in den eigentlichen Messraum (Diffusionsspalt) der Nernst-Konzentrationszelle. Damit die Luftzahl A im Diffusionsspalt eingestellt werden kann, vergleicht die Nernst-Konzentrationszelle das Gas im Diffusionsspalt mit der Umgebungsluft im Referenzluftkanal.

Planare Breitband·Lambda·Sonde LSU4

357

tiver Pumpstrom) . Bei fettem Abgas wird dagegen der Sauerstoff (durch katalytische Zersetzung von e0 2 und H 20 an der Abgaselektrode) aus dem Abgas der Umgebung in den Diffusionsspalt gepumpt (negativer Pumpstrom). Bei A = 1 muss kein Sauerstoff transportiert werden. Der Pumpstrom ist Null. Der Pumpstrom ist proportional der Sauerstoftkonzentration im Abgas und so ein (nicht lineares) Maß für die Luftzahl A (Bild 2).

Pumpstrom I p einer Breilband·lambda-Sonde in Abhängigkeit von der Lultzahl ,t des Abgases

Der gesamte Vorgang läuft auf folgende Weise ab: Durch Anlegen einer Pumpspannung Up an den Platinelektroden der Pumpzelle kann Sauerstoff durch die Diffusionsbarriere hindurch aus dem Abgas in den Diffusionsspalt hinein- oder herausgepumpt werden. Eine elektronische Schaltung im Steuergerät regelt diese an der Pump zelle anliegende Spannung Up mithilfe der Nernst-Konzentrationszelle so, dass die Zusammensetzung des Gases im Diffusionsspalt konstant bei A = 1 liegt. Bei magerem Abgas pumpt die Pumpzelle den Sauerstoff nach außen (posi-

mAr---------------------,

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ＭＲｾ＠

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2

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L.uftzahJ A.

Planare Breitband·Lambda·Sonde LSU4 (Schnitt) Bild J Messzelle (Kombi' nation auS Nerns.l·

Konzenlrahonszclle und SauerstoH·

2

3

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5

6

7

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12

2

Pumpzellel DoppelschuLZrohr

3

Dlchtnng

4

DIchtpaket

5

Sondengehäuse

6

SChuLZhülse

7

Kontakthaiter

8

Kontaktclip

9

PTFE·TLilie (Tenon)

10 PTFE·Formschlauch 11

fOnf Anschluss· leitungen

12 DIchtung

358

Steuergerät

Einsatzbedingungen, Aufbau, Datenverarbeitung

Steuergerät Mit der Digitaltechnik ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Steuerung und Regelung im Kraftfahrzeug. Viele Einflussgrößen können gleichzeitig mit einbezogen werden, sodass sich die Systeme optimal betreiben lassen. Das Steuergerät empfängt die elektrischen Signale der Sensoren, wertet sie aus und berechnet die Ansteuersignale für die Stellglieder (Aktoren). Das Steuerungsprogramm - die "Software" - ist in einem Speicher abgelegt. Die Ausführung des Programms übernimmt ein Mikrocontroller. Die Bauteile des Steuergeräts werden "Hardware" genannt.

Einsatzbedingungen An das Steuergerät werden hohe Anforderungen gestellt. Es ist hohen Belastungen ausgesetzt durch

• extreme Umgebungstemperaturen (im normalen Fahrbetrieb von - 40 oe bis + 60 ... + 125°C), • starke Temperaturwechsel, • Betriebsstoffe (Öl, Kraftstoff usw.), • umgebende Feuchte und • mechanische Beanspruchungen wie z. B. Vibrationen durch den Motor. Das Steuergerät muss beim Start mit schwacher Batterie (z. B. Kaltstart) und bei hoher Ladespannung sicher arbeiten (Bordnetzschwankungen ). Die Forderungen an die elektromagnetische Störunempfindlichkeit und an die Begrenzung der Abstrahlung hochfrequenter Störsignale sind sehr hoch (Elektromagnetische Verträglichkeit, EMV). Mehr über die Anforderungen an Steuergeräte ist im "Redaktionellen Kasten" am Ende dieses Kapitels zu finden .

Aufbau Die Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen (Bild 1) befindet sich in einem Metallgehäuse. Die Sensoren, die Stellglieder und die Stromversorgung sind über eine vielpolige Steckverbindung an das Steuergerät angeschlossen (4). Die Hochleistungsendstufen (6) zur direkten Ansteuerung der Stell glieder sind so im Gehäuse des Steuergeräts integriert, dass eine sehr gute Wärmeableitung zum Gehäuse gewährleistet ist. Bei Motoranbau des Steuergeräts kann die Wärme vom Gehäuse über eine integrierte Kühlplatte an den Kraftstoff abgegeben werden, der das Steuergerät umspült. Dieser Steuergerätekühler wird nur bei Nkw eingesetzt. Für den Anbau direkt am Motor gibt es auch kompakte, thermisch höher beanspruchbare Steuergeräteausführungen in Hybridtechnik. Die meisten elektronischen Bauteile sind in SMD-Technik ausgeführt (Surface Mounted Devices, d. h. oberflächenmontierte Bauteile). Dies ermöglicht eine besonders platz- und gewichtsparende Bauweise. Nur einige Leistungsbauteile und die Stecker sind in Durchsteckmontagetechnik ausgeführt.

Datenverarbeitung Eingangssignale

Sensoren bilden neben den Stellgliedern (Aktoren) als Peripherie die Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und dem Steuergerät als Verarbeitungseinheit. Die elektrischen Signale der Sensoren werden dem Steuergerät über Kabelbaum und den Anschluss-Stecker zugeführt. Diese Signale können unterschiedliche Formen haben: Analoge Eingangssignalc Analoge Eingangssignale können jeden beliebigen Spannungswert innerhalb eines bestimmten Bereichs annehmen. Beispiele für physikalische Größen, die als analoge Messwerte bereitstehen, sind die an gesaugte Luftmasse, die Batteriespannung, der Saug-

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Steuergerät

rohr- und Ladedruck sowie die Kühlwasserund Ansauglufttemperatur. Sie werden von Analog/Digitalwandlern (A/D-Wandlern) im Mikrocontroller des Steuergeräts in digitale Werte umgeformt, mit denen der Mikroprozessor rechnen kann. Die maximale Auflösung dieser Signale erfolgt in 5-mV-Stufen pro Bit (ca. 1000 Stufen). Digitale Eingangssignale Digitale Eingangssignale besitzen nur zwei Zustände: "High" (logisch 1) und "Low" (logisch 0). Beispiele für digitale Eingangssignale sind Schaltsignale (Ein/Aus) oder digitale Sensorsignale wie Drehzahlimpulse eines Hall- oder Feldplattensensors. Sie können vom Mikrocontroller direkt verarbeitet werden. Pul förmige Eingangignale Pulsförmige Eingangssignale von induktiven Sensoren mit Informationen über Drehzahl und Bezugsmarke werden in einem eigenen Schaltungsteil im Steuergerät aufbereitet. Dabei werden Störimpulse unterdrückt und

Datenverarbeitung

359

die pulsförmigen Signale in digitale Rechtecksignale umgewandelt. Signalaufbereitung

Die Eingangssignale werden mit Schutzbeschaltungen auf zulässige Spannungspegel begrenzt. Das Nutzsignal wird durch Filterung weitgehend von überlagerten Störsignalen befreit und gegebenenfalls durch Verstärkung an die zulässige Eingangsspannung des Mikrocontrollers angepasst (0 ... 5V) . Je nach Integrationsstufe des Sensors kann die Signalaufbereitung teilweise oder auch ganz bereits im Sensor stattfinden. Signalverarbeitung

Das Steuergerät ist die Schaltzentrale für die Funktionsabläufe der Motorsteuerung (Bild 2, nächste Seite). Im Mikrocontroller laufen die Steuer- und Regelalgorithmen ab. Die von den Sensoren und den Schnittstellen zu anderen Systemen bereitgestellten Eingangssignale dienen als Eingangsgrößen.

Aufbau eines Sleuergeräts

Bild 1 Atmospharendruck' sensor

2

2

9

Schaltnetztetl mit Spannungs· stabiliSierung

3

Kleinleistungs· endstufe

3 8

4

Anschluss·Stecker

5

CAN·SchMtstelle und allgemeine Ein, und Ausgangs'

7

schaltungen (auf der Unterseite der P!allne platziert und deshalb nlchl

6

sichtbar)

6

4

Hochle,stungs' endstufen

5

...ｾ＠ ｾ＠

.. =

7

ASIC fur Endstufen· ansteuerung

8

Boost rspannungs' speicher (Common Ra,,)

::>

9

Mlkrocontroller·Kem

360

Steuergerät

Datenverarbeitung

Sie werden im Rechner nochmals plausibilisiert. Mithilfe des Programms werden die Ausgangssignale berechnet. Mikrocontroller Der Mikrocontroller ist das zentrale Bauelement eines Steuergeräts. Er steuert dessen Funktionsablauf. Im Mikrocontroller sind außer der CPU (Central Processing Unit, d. h. zentrale Recheneinheit) noch Eingangsund Ausgangskanäle, Timereinheiten, RAM, ROM, serielle Schnittstellen und weitere periphere Baugruppen auf einem Mikrochip integriert. Ein Quarz taktet den Mikrocontroller. Programm- und Daten peicher Der Mikrocontroller benötigt für die Berechnungen ein Programm - die "Software". Sie ist in Form von binären Zahlenwerten, die in Datensätze gegliedert sind, in einem Programmspeicher abgelegt. Die CPU liest diese Werte aus, interpretiert sie als Befehle und führt diese Befehle der Reihe nach aus (siehe auch Kapitel "Elektronische Steuerung und Regelung") .

Das Programm ist in einem Festwertspei eher (ROM, EPROM oder Flash-EPROM) abgelegt. Zusätzlich sind varianten-spezifische Daten (Einzeldaten, Kennlinien und Kennfelder) in diesem Speicher vorhanden. Hierbei handelt es sich um unveränderliche Daten, die im Fahrzeugbetrieb nicht verändert werden können. Sie beeinflussen die Steuer- und Regelabläufe des Programms. Der Programmspeicher kann im Mikrocontroller integriert und je nach Anwendung noch zusätzlich mit einem separaten Bauteil erweitert sein (z. B. durch ein externes EPROM oder Flash-EPROM). ROM Programmspeicher können als ROM (Read Only Memory) ausgeführt sein. Das ist ein Lesespeicher, dessen Inhalt bei der Herstellung festgelegt wird und danach nicht wieder geändert werden kann. Die Speicherkapazität des im Mikrocontroller integrierten ROM ist begrenzt. Für komplexe Anwendungen ist ein zusätzlicher Speicher erforderlich.

Signalverarbeitung im Steuergerät

Steuergerit

Spannungsversorgung

Eingangssignale:

pulSförmig

VV"AA\ Schnittstelle Irｾ＠ ｾ＠ arderen Systemeo I I zu

Steuergerät

EPROM

Das EPROM (Erasable Programmable ROM, d. h.lösch- und programmierbares ROM) kann durch Bestrahlen mit UV-Licht gelöscht und mit einem Programmiergerät wieder neu beschrieben werden. Das EPROM ist meist als separates Bauteil ausgeführt. Die CPU spricht das EPROM über den Adress-/Datenbus an. Flash-EPROM (FEPROM)

Das Flash-EPROM wird oft nur "Flash" genannt. Es ist auf elektrischem Wege löschbar. Somit kann ein Steuergerät in der Kundendienst -Werkstatt umprogrammiert werden, ohne es öffnen zu müssen. Das Steuergerät ist dabei über eine serielle Schnittstelle mit der Umprogrammierstation verbunden. Enthält der Mikrocontroller zusätzlich ein ROM, so sind dort die Programmierroutinen für die Flash-Programmierung abgelegt. Flash-EPROM können auch zusammen mit dem Mikrocontroller auf einem Mikrochip integriert sein (ab EDC16). Das Flash-EPROM hat aufgrund seiner Vorteile das herkömmliche EPROM weitgehend verdrängt. Variablen- oder Arbeit speicher Ein solcher Schreib-/Lesespeicher ist notwendig, um veränderliche Daten (Variablen), wie z. B. Rechenwerte und Signalwerte zu speichern. RAM

Die Ablage aller aktuellen Werte erfolgt im RAM (Random Access Memory, d. h. Schreib-/Lesespeicher). Für komplexe Anwendungen reicht die Speicherkapazität des im Mikrocontroller integrierten RAM nicht aus, sodass ein zusätzlicher RAM-Baustein erforderlich ist. Er ist über den Adress-/ Datenbus an den Mikrocontroller angeschlossen. Beim Ausschalten des Steuergeräts über das Zündschloss verliert das RAM den gesamten Datenbestand (flüchtiger Speicher).

Datenverarbeitung

EEPROM (auch PPROM genannt) Das RAM verliert seine Information, wenn es von der Spannungsversorgung getrennt wird (z. B. bei ausgeschalteter Zündung). Daten, die nicht verloren gehen dürfen (z. B. Codes für die Wegfahrsperre und Daten des Fehlerspeichers), müssen dauerhaft in einem nicht flüchtigen Dauerspeicher abgelegt werden. Das EEPROM ist ein elektrisch löschbares EPROM, bei dem im Gegensatz zum Flash-EPROM jede Speicherzelle einzeln gelöscht werden kann. Es ist auch für eine höhere Anzahl an SchreibzykIen entworfen. Somit ist das EEPROM als nichtflüchtiger Schreib-/Lesespeicher einsetzbar.

A JC Wegen der immer größer werdenden Komplexität der Steuergerätefunktionen reichen die am Markt erhältlichen Standard-Mikrocontroller nicht aus. Abhilfe schaffen hier ASIC-Bausteine (Application Specific Integrated Circuit, d. h. anwendungsbezogene integrierte Schaltung). Diese ICs (Integrated Circuit) werden nach den Vorgaben der SteuergeräteentwickIung entworfen und gefertigt. Sie enthalten beispielsweise ein zusätzliches RAM, Eingangs- und Ausgangskanäle und sie können PWMSignale erzeugen und ausgeben (siehe Abschnitt "PWM -Signale"). . berwa hung modu l Das Steuergerät verfügt über ein Überwachungsmodul. Der Mikrocontroller und das Überwachungsmodul überwachen sich gegenseitig durch ein "Frage-und-AntwortSpiel". Wird ein Fehler erkannt, so können beide unabhängig voneinander entsprechende Ersatzfunktionen einleiten.

361

362

Steuergerät

Datenverarbeitung

Ausgangssignale

Der Mikrocontroller steuert mit den Ausgangssignalen Endstufen an, die üblicherweise genügend Leistung für den direkten Anschluss der Stellglieder (Aktoren) liefern. Es ist auch möglich, dass bestimmte Endstufen Relais ansteuern. Die Endstufen sind gegenüber Kurzschlüssen gegen Masse oder der Batteriespannung sowie gegen Zerstörung infolge elektrischer oder thermischer Überlastung geschützt. Diese Störungen sowie aufgetrennte Leitungen werden durch den Endstufen-IC als Fehler erkannt und dem Mikrocontroller gemeldet. chaltsignale Mit den Schaltsignalen können Stellglieder ein- und ausgeschaltet werden (z. B. Motorlüfter). P\ M- ignale Digitale Ausgangssignale können als PWMSignale ausgegeben werden. Diese "PulsWeiten-Modulierten" Signale sind Rechtecksignale mit konstanter Frequenz aber variabler Einschaltzeit (Bild 3). Mit diesen Signalen können Stellglieder (Aktoren) in beliebige Arbeitsstellungen gebracht werden (z. B. Abgasrückführventil, Lüfter, Heizelemente, Ladedrucksteller ).

Kommunikation innerhalb des Steuergeräts

Die peripheren Bauelemente, die den Mikrocontroller in seiner Arbeit unterstützen, müssen mit diesem kommunizieren können. Dies geschieht über den Adress-/ Datenbus. Der Mikrocontroller gibt über den Adressbus z. B. die RAM-Adresse aus, deren Speicherinhalt gelesen werden soll. Über den Datenbus werden dann die der Adresse zugehörigen Daten übertragen. Frühere Entwicklungen im Kfz-Bereich kamen mit einer 8-Bit-Busstruktur aus. Das heißt, der Datenbus besteht aus acht Leitungen, über den 256 Werte übertragen werden können. Mit dem bei diesen Systemen üblichen 16-Bit-Adressbus können 65536 Adressen angesprochen werden. Komplexe Systeme erfordern gegenwärtig 16 oder sogar 32 Bit für den Datenbus. Um an den Bauteilen Pins einzusparen, können Daten- und Adressbus in einem Multiplexsystem zusammengefasst werden, d. h. Adresse und Daten werden zeitlich versetzt übertragen und nutzen gleiche Leitungen. Für Daten, die nicht so schnell übertragen werden müssen (z. B. Fehlerspeicherdaten), werden serielle Schnittstellen mit nur einer Datenleitung eingesetzt. EOL-Programmierung

------------------

PWM·$lgnaie

a b

a b

Bild 3

a

Fesle Frequenz

b

vanable EInschaltzell

Die Vielzahl von Fahrzeugvarianten, die unterschiedliche Steuerungs programme und Datensätze verlangen, erfordert ein Verfahren zur Reduzierung der vom Fahrzeughersteller benötigten Steuergerätetypen. Hierzu kann der komplette Speicherbereich des Flash-EPROMs mit dem Programm und dem variantenspezifischen Datensatz am Ende der Fahrzeugproduktion programmiert werden (EOL, End-Of-Line Programmierung). Eine weitere Möglichkeit ist, dass im Speicher mehrere Datenvarianten (z. B. Getriebevarianten) abgelegt werden, die dann durch Codierung am Bandende ausgewählt werden. Diese Codierung wird im EEPROM abgelegt.

Steuergerät

Von Steuergeräten wird viel verlangt!

Von SleuergorAlon w-.d ...Iverlangl l

Em Steuergerat Im Kraftfahrzeug funktoonlert

Umwelteinflüsse

Im Pnnzlp wie Ihr PC. Daten werden etng

Auch die Umw ItelnfiOsse. unter denen

lesen und AusgangSSIgnale berechnet

die Elektronik Sicher arbOlten muss, smd

Wie beim

PC Ist das Herzstuc eines Steuer·

gerats die Leiterplatte mit dem MI rocontroller In präzise gefertigter Mikroelektronik. Doch es

beachtlich : • Temperatur: Steuergerate Im Kraftfahrzeug mussen le nach Anwendungsbereich Im

gibt einige Anford rungen . die das Steuer-

Dauerbetneb Temperaturen ZWischen

gerät zusätzlich erfullen muss :

- 40·C und +60 __• 125·C standhalten . In elmgen Bereichen der Substrate ISt die

Echtzeitfähigke it Systeme fur den Motor und die

ｆｾｨｲｳｬ｣･ｴ＠

Temperatur aufgrund der Abwarme d r

erfordern ein schnelles Ansprechen d r Rege-

elektronischen Bautelle sogar noch deuthch

lung Da Steuergerät muss daher , echtlelt-

höher. Besond re Anforderungen stellen

fähig' arbeit n. Das heißt, die Reakhon d r

auch die Temperaturwechsel vom kalten

Regelung muss zeitlich mIt dem physlkah-

Fahrzeugstart biS zum heißen Volllast tneb.

sch n Prozess Sch'ltt halten. Ein Echtzett· System muss garantiert mn rhalb einer definierten Zeitspanne auf Anforderungen

,ea·

• EMV: 0, Eie tronlk des Fahrzeugs Wild . hr streng auf Elekt,omagnelosche Ver-

gl ran konnen (RechtzelhgkCII). Dies erfordert

träghchkelt gepruft. Das heißt, elektro-

eme geeignete Rechnerarchitektur und eine

magnelosche Störquellen (z.B . elektro-

hohe Rechnerleistung .

mechanische Steiler) od r S trahler (z. B . Radiosender, Handy) durfen das Steuer-

Integrierter Aufbau

g r t nicht stören. Umgekehrt darf das

Bauraum und GeWicht spielen Im Kraftfahr-

Steuergerät die andere ElektrOnik nicht

zeug Immer eine große Rolle. Um die Steuergerate so

ein und leicht wie möglich zu

machen , werden u.a.folgend Techniken ein-

beelnfluss"n • Rüttelfestigkeit: Steuerger te, die am Motor befeslogt Sind, mussen biS zu 30 •

g setzt : •

(das heißt. die 30fache Erdbeschleuni-

Mullilayer: Die ZWischen 0,035 und 0.07 mm dicken Leiterbahnen Sind In meh reren Schichten überetnander angeordnet.

• SMO -Bauteile: Diese &Ihr kiemen ober· flachen montierten Bautelle (Surface Mounted Devlces) Sind plan, ohne Durch' ontaktlerungen bzw. Bohrung n dtre tauf

gung!) aushalten. •

Dc i htheit und Med ienbeständigkeit: Je nach Etnbauort muss das Steuergerät Nässe, chemisch n Aüsslgkelten (z.B. Öle) und Salzsprühnebel Widers tehen .

Diese und andere Anforderungen bei der

die Leiterplatte oder das Hybndsubstrat

steig nden FOlie von Funktionen Wirtschaftlich

gelötet oder geklebt.

umzusetzen, stellt an die Entwl

• ASIC: Speziell entworfene tntegnerte Bausteine (Apphcatlon S peclfic Integrated Clrcuit) können VIele Funktionen zusammen-

lassen_ Betriebssicherheit Redundante (zusätzhche, meist auf anderen Programmpfaden parallel ablaufende) Rechen· vorgange und eine Integnerte Diagnose bieten große Sicherhett gegen Störungen .

ler von Bosch

ständig neue Herausforderungen. Hybndsubstral eones Sieuergeräts

363

364

Elektronische Steuerung und Regelung

Steuerung und Regelung , Datenverarbeitung

Elektronische Steuerung und Regelung Die wesentliche Aufgabe der Elektronischen Dieselregelung ist die Steuerung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunkts. Das Speichereinspritzsystem "Common Rail" regelt auch noch den Einspritzdruck. Außerdem steuert das Motorsteuergerät bei allen Systemen verschiedene Stellglieder an, Die Funktionen der Elektronischen Dieselregelung müssen auf jedes Fahrzeug und jeden Motor genau angepasst sein. Nur so können alle Komponenten optimal zusammenwirken (Bild 1).

Steuerung und Regelung Bei der Steuerung und Regelung beeinflussen eine oder mehrere Eingangsgrößen eine oder mehrere Ausgangsgrößen. Steuerung

Bei der Steuerung werden die Ausgangsgrößen für die Stellglieder anhand der Eingangsgrößen, vorgegebener Daten, Kennfelder und Algorithmen (Berechnungsabläufe) im Steuergerät berechnet, Die Auswirkung wird dabei nicht überprüft (offener Wirkungsablauf). Dieses Prinzip wird zum Beispiel für die Ablaufsteuerung der Glühkerzen verwendet. Regelung

Merkmal der Regelung ist der geschlossene Wirkungsablauf (Regelkreis). Der Istwert wird dabei ständig mit dem Sollwert verglichen. Sobald ein Unterschied erkannt wird, erfolgt eine Korrektur in der Ansteuerung der Stellglieder. Der Vorteil der Regelung ist, dass störende Fremdeinflüsse (Störgrößen) erkannt und berücksichtigt werden. Geregelt wird zum Beispiel die Leerlaufdrehzahl eines Motors.

Das Steuergerät der EDC ist somit eigentlich ein "Steuer- und Regelgerät". Der Begriff "Steuergerät" hat sich aber so weit durchgesetzt, dass er weiter verwendet wird, auch wenn das Steuergerät im Laufe seiner Entwicklung viele Aufgaben der Regelung übernommen hat.

Datenverarbeitung Das Steuergerät wertet die Signale der externen Sensoren aus und begrenzt sie auf zulässige Spannungspegel. Einige Eingangssignale werden außerdem "plausibilisiert" ( überprüft). Der Mikroprozessor berechnet aus diesen Eingangsdaten und aus gespeicherten Kennfeldern die Lage und die Dauer der Einspritzung und setzt diese in zeitliche Signalverläufe um, die an die Kolbenbewegung des Motors angepasst sind. Das Berechnungsprogramm wird "Steuergeräte-Software" genannt. Wegen der geforderten Genauigkeit und der hohen Dynamik des Dieselmotors ist eine hohe Rechenleistung notwendig. Mit den Ausgangssignalen werden Endstufen angesteuert, die genügend Leistung für die Stellglieder liefern (z. B. Hochdruck-Magnetventile für die Einspritzung, Abgasrückführsteller und Ladedrucksteller ). Außerdem werden noch weitere Komponenten mit Hilfsfunktionen angesteuert (z. B. Glührelais und Klimaanlage). Diagnosefunktionen der Endstufen für die Magnetventile erkennen auch fehlerhafte Signalverläufe. Zusätzlich findet über die Schnittstellen ein Signalaustausch mit anderen Fahrzeugsystemen statt. Im Rahmen eines Sicherheitskonzepts überwacht das Motorsteuergerät auch das gesamte Einspritzsystem.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Elektronische Steuerung und Regelung

Pl'lnzlptelle, Ablauf der Elek1,onoscl!en

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KrahS1off·Regelkre 1 (Eonspottkomponente) Kraftstoff·RegelkrelS 2 (Mo1or) .Umweg" Ober den Fahrer EDC·Steuergerät

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• An1nebsschlupfregelung. Getnebesleuerung. . Kltmasleuerung _

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Regelung der Emspntzung

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Anforderungen des Fahrers

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• Tempomat. • Motorbremse ...

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\'--' '--' '--'"-;8ratursensor ladedrucksensor

Überprüfung des Signalbereichs (derzeit nur beim Dieselmotor) Überprüfung der Versorgungsspannung und des Signalbereichs Ptausibilität mit Umgebungsdrucksensor und/oder weiterer Signale

ladedrucksteller

Überprtlfung auf Kurzschlüsse und Leitung.unterbrechung Regelabweichung Ladedruckregelung

Luftmassenrnesser

Überprüfung der Vel"SO(gungsspannung und des Signalbereichs Logische Ptausibimät

Lufttemperalursensor

Überprüfung des Signal bereichs

Kupplungssignalsensor

Plau.ibilität ｭｾ＠

Umgebungsdrucksensor

Überprüfung des Sigoalbereichs

Logische Plausibilität mit z. 8 . Motortemperatursensor Fahrgeschwindigkeit

Logische Plausibilität Saugrohrdrucksensor

Tabelle 1

410

Elektronische Diagnose

Arbeitsweise

Fehlerbehandlung

Fehlerkennung Ein Signalpfad wird als defekt eingestuft, wenn ein Fehler über eine definierte Zeit vorliegt. Bis zur endgültigen Defekteinstufung wird der zuletzt als gültig erkannte Wert im System verwendet. Mit der Defekteinstufung wird in der Regel eine Ersatzfunktion eingeleitet (siehe Kapitel "Elektronische Steuerung und Regelung"). Für die meisten Fehler ist eine "WiederIntakt-Erkennung" möglich. Hierzu muss der Signalpfad für eine definierte Zeit als intakt erkannt werden. Fehlerspeicherung Jeder Fehler wird im nichtflüchtigen Bereich des Datenspeichers in Form eines Fehlercodes abgespeichert. Zu jedem Fehlereintrag werden neben dem Fehlercode zusätzliche Informationen gespeichert, z. B. ein "FreezeFrame" bzw. die Betriebs- und Umweltbedingungen, die bei Auftreten des Fehlers herrschen (z. B. Motordrehzahl, Motortemperatur). Als weitere Informationen werden die Fehlerart (z. B. Kurzschluss, Leitungsunterbrechung) und der Fehlerstatus (z. B. Fehler statisch vorhanden, Fehler tritt sporadisch auf) abgespeichert. Für viele Fehler, die Einfluss auf die Schadstoffemissionen haben, sind die Fehlercodes vom Gesetzgeber vorgeschrieben. Zusätzlich können weitere Fehlerinformationen für den fahrzeugspezifischen Kundendienst abgespeichert werden, die nicht vom Gesetzgeber gefordert werden. Nach dem Fehlereintrag wird die Diagnose für das betroffene System bzw. die Komponente fortgesetzt. Wenn der Fehler im weiteren Verlauf nicht mehr auftritt (z. B. sporadischer Fehler), wird er nach Erfüllen von festgelegten Bedingungen wieder aus dem Fehlerspeicher gelöscht.

uslesen der F hier Das Auslesen der Fehlereinträge kann mithilfe eines spezifischen Werkstatt-Testers des

Fahrzeugherstellers, eines System-Testgeräts (z. B. KTS500 von Bosch) oder mit einem Scan-Tool durchgeführt werden. Nach dem Auslesen des Fehlerspeichers in der Werkstatt und der Fehlerbehebung kann der Fehlerspeicher mit dem Testgerät wieder gelöscht werden. Diagnoseschnittstelle

Die Auswertung der "On-Board-Diagnose" durch "Off-Board-Testgeräte" erfordert eine Kommunikationsschnittstelle. Sie ist verbindlich in ISO 9141 festgelegt (DiagnoseschnittsteIle über die K-Leitung). Diese serielle Schnittstelle arbeitet mit einer Übertragungsrate (Baudrate) zwischen 10 Baud und 10 kBaud. Sie ist als EindrahtSchnittstelle mit gemeinsamer Sendeund Empfangsleitung oder als ZweidrahtSchnittstelle mit getrennter "Datenleitung" (K-Leitung) und "Reizleitung" (L-Leitung) aufgebaut. An einem Diagnosestecker können mehrere Steuergeräte zusammengefasst werden. Das Testgerät schickt eine Reizadresse an alle Steuergeräte. Eines davon erkennt diese Adresse und sendet ein Baudraten-Erkennungswort zurück. Anhand der Zeit zwischen den Impulsflanken ermittelt das Testgerät die Baudrate, stellt sich automatisch darauf ein und baut die Kommunikation mit den Steuergeräten auf. Stellglied-Diagnose

Um in der Kundendienstwerkstatt einzelne Stellglieder (Aktoren) gezielt aktivieren und die Funktionalität prüfen zu können, ist im Steuergerät eine Stellglied-Diagnose enthalten. Dieser Testmodus wird mit dem Testgerät eingeleitet und funktioniert nur bei stehendem Fahrzeug unterhalb einer bestimmten Motordrehzahl oder bei Motorstillstand. Die Funktion der Stellglieder wird akustisch (z. B. Klicken eines Ventils), optisch (z. B. Bewegung einer Klappe) oder durch andere einfache Methoden überprüft.

Elektronische Diagnose

On-Board-Oiagnose OBO

On-Board-Diagnose

Die auf europäische Verhältnisse angepasste OBD wird als EOBD bezeichnet. Sie lehnt sich an die EPA-OBD an. Die Forderungen von EOBD sind derzeit gegenüber der EPAOBD nochmals entschärft.

OBO 11 Die Diagnoseverfahren für die zweite Stufe der CARB-OBD gehen weit über den Umfang der OBD I hinaus. Zusätzlich zur Prüfung der elektrischen Signale wird nun auch die Funktion des Systems beobachtet. Es reicht nicht mehr aus, z. ß. das elektrische Signal des Motortemperatursensors nur auf Überschreiten von festen Grenzwerten zu untersuchen. Ein Fehler liegt auch vor, wenn bei laufendem Motor für die Motortemperatur über längere Zeit ein zu niedriger Wert von beispielsweise 10°C gemessen wird (Prüfung auf Plausibilität). Die OBD II verlangt, dass alle abgasrelevanten Systeme und Komponenten, die bei Fehlfunktion zu einer merklichen Erhöhung der schädlichen Abgasemissionen führen können, überwacht werden. Zusätzlich sind auch alle Komponenten, die für die Diagnose selbst verwendet werden, zu überwachen. Jeder erkannte Fehler muss abgespeichert werden. Eine Fehlfunktion muss über eine Warnleuchte am Kombiinstrument angezeigt werden. Die abgespeicherten Fehler werden über Testgeräte, die zu Diagnosezwecken angeschlossen werden, ausgelesen. Die OBD II-Gesetzgebung schreibt eine Normung der Fehlerspeicherinformation gemäß Vorgabe der SAE (Society of Automotive Engineers) vor. Dies ermöglicht das Auslesen des Fehlerspeichers über genormte, frei käufliche Tester ("Scan-tools").

OBOI Die erste Stufe der CARB-OBD prüft die abgasrelevanten elektrischen Komponenten auf Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen. Die elektrischen Signale müssen innerhalb von vorgegebenen Plausibilitätsgrenzen liegen. Ein erkannter Fehler wird dem Fahrer mit einer Warnleuchte am Kombiinstrument angezeigt. Mit "On-Board-Mitteln" (z. B. Blinkcode über eine angeschlossene Diagnoselampe) muss ausgelesen werden können, welche Komponente ausgefallen ist.

Die Diagnosefunktionen für alle zu überprüfenden Komponenten und Systeme müssen in der Regel mindestens einmal im Abgas-Testzyklus (z. B. ECE/EG-Testzyklus) durchlaufen werden. Das Diagnose-System-Management kann die Reihenfolge für die Abarbeitung der Diagnosefunktionen je nach Fahrzustand dynamisch verändern. Das Ziel dabei ist, dass alle Diagnosefunktionen auch im alltäglichen Fahrbetrieb ausreichend häufig ablaufen.

Der Schadstoffausstoß pro Fahrzeug konnte in der Vergangenheit immer weiter reduziert werden. Damit die vom Fahrzeughersteller angegebenen Grenzwerte für die Emissionen im Dauerbetrieb eingehalten werden, müssen das Motorsystem und die Komponenten ständig überwacht werden. Deshalb verordneten die Gesetzgeber Vorgaben, die den Diagnoseumfang der abgasrelevanten Komponenten und Systeme regeln. 1988 trat in Kalifornien mit OBD I die erste Stufe der CARB-Gesetzgebung (California Air Resources Board) in Kraft. Alle in Kalifornien zugelassenen Neufahrzeuge mussten diesen gesetzlichen Bestimmungen entsprechen. 1994 wurde mit OBD II die zweite Stufe eingeführt. In den übrigen US- Bundesstaaten gelten seit 1994 die Gesetze der Bundesbehörde EPA (Environmental Proteetion Agency). Der Umfang dieser Diagnose entspricht im Wesentlichen der CARB-Gesetzgebung (OBD II). Die Forderungen zur Einhaltung von Emissionsgrenzen sind jedoch entschärft.

Diagno eablauf teuerung

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Werkstatt-Technik

Übersicht

Werkstatt-Technik Achtung i D,eses Kapdei g,bl Ihnen einen Elnbhck In d,e Werkstall-Techn,

und .sl keme Reparaturanle,tung '

Reparaturen mussen vom Fachmann ausgefuhrt werden '

Mehr als 10000 Bosch-Kundendienststellen in l32 Ländern sind für den Autofahrer da, wenn er Hilfe braucht - neutral und ohne Bindung an eine Fahrzeugmarke. Selbst in dünn besiedelten Ländern Afrikas und Südamerikas kann man mit schneller Hilfe rechnen. überall gelten die gleichen Qualitätsstandards. Da versteht es sich von selbst, dass die Bosch-Garantie auf Kundendienstleistungen weltweit gilt.

Universelle Bosch-Prüfgeräte - vom einfachen Batterietester bis hin zur kompletten Fahrzeugprüfstraße - werden weltweit in Kraftfahrzeug-Werkstätten und von Überwachungsorganisationen eingesetzt. Die Anwender aus den Werkstätten werden in der rationellen Anwendung der Prüftechnik geschult und erhalten Informationen zu den unterschiedlichen Fahrzeugsystemen. Anregungen aus dem Kundenkontakt fließen in die Weiterentwicklung der Produkte ein.

Übersicht

Das Werkstattnetz AWN

Bosch-Aggregate und -Systeme sind mit ihren Kenndaten und Leistungswerten exakt auf das jeweilige Fahrzeug abgestimmt. Um die notwendigen Prüfungen durchführen zu können, entwickelt Bosch jeweils die entsprechende Messtechnik, die Prüfgeräte und Spezialwerkzeuge_

Prüftechnik Während mechanische Systeme im Fahrzeug noch mit relativ einfachen Prüfmitteln getestet werden können, erfordert die zunehmende Komplexität der elektronischen ' ) 0 .. Bosch-Pruftechn,k hat das Bosch-WerkstaUnetz BWN entwICkelt D,e We,terenlW!Cldung und Vermarktung unter dem Namen AWN Wird von der .. asanetwork GmbH'" durchgefuhn.

Das Werk$tallnetz AWN ' )

Leistungsmessung

Achsvermessung

Motortest und Elektronikpriifung

Annahmesystem (Priifstraße)

Abgasmessung

Steuergerätediagnose

Auflragsannahme (EDV-System)

Abgasmessung

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

o

I

Werkstatt-Technik

Systeme im modernen Fahrzeug veränderte Testmethoden auf Basis der elektronischen Datenverarbeitung EDV. Die Zukunft gehört einer Technik, bei der alle in den Werkstätten vorhandenen EDV-Systeme in einem Netz, dem Werkstattnetz AWN, miteinander verbunden sind (Bild 1). Mit dieser Entwicklung hat Bosch den Automechanika Innovationspreis 1998 in der Kategorie Werkstatt & Service erhalten.

Ablauf einer Prüfung Bereits bei der Anmeldung zur Inspektion ruft das EDV-Auftragsannahmesystem alle verfügbaren Informationen über das Fahrzeug aus einer Datenbank ab. Somit steht bei der Annahme die Historie des Fahrzeugs mit allen in der Vergangenheit durchgeführten Wartungsarbeiten und Reparaturen zur Verfügung. An den einzelnen Diagnosegeräten lassen sich Messwerte ohne zusätzliche Eingaben unmittelbar mit den Sollwerten vergleichen. Alle durchgeführten Arbeiten werden zusammen mit den benötigten Ersatzteilen automatisch für die Rechnungsstellung erfasst. Nach der abschließenden Testfahrt kann die Rechnung mit wenigen Tastendrücken erstellt werden. Zusätzlich druckt das System die Ergebnisse der Fahrzeugdiagnose übersichtlich aus. Der Kunde erhält damit ein vollständiges Protokoll aller durchgeführten Arbeiten und Materialaufwendungen. Elektronische Service-Information ESI[tronic]

Die Vielzahl der Fahrzeugmarken und Fahrzeugtypen erforderte schon in der Vergangenheit Systeme zur Verwaltung von Daten (z. B. Ersatzteilnummern, Prüfwerte). Große Datenmengen wie z. B. Informationen über Ersatzteile sind auf Mikrokarten erfasst. Mit Mikrokarten-Lesegeräten kann auf diese Daten zugegriffen werden. Diese Geräte gehören immer noch zur Standardausstattung jeder Kfz-Werkstatt. 1991 wurde ESI[tronic] (Elektronische Service-Information) auf CD-ROM für den

Übersicht

Einsatz am PC eingeführt. Mit ESI[tronic] können wesentlich größere Datenmengen gespeichert werden. Damit bietet dieses System gegenüber der Mikrokarte weitere Anwendungsmöglichkeiten. Zudem ist damit die Vernetzung im elektronischen Datenverarbeitungsnetz möglich. Anwendung Das Softwarepaket ESI (tronic] begleitet den Kundendienst während der gesamten Fahrzeugreparatur. Es liefert folgende Informationen: • Ersatzteilbestimmungen (z. B. Zuordnung der Ersatzteile zu Fahrzeugen), • Arbeitswerte, • Reparaturanleitungen, • Fahrzeugschaltpläne, • Prüfwerte und • Fahrzeugdiagnose. Für den Wartungsvorgang stehen der Werkstatt zur Fehlersuche verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung: das tragbare leistungsfähige System -Testgerät KTSSOO, oder das in einem werkstatttauglichen PC eingesetzte KTSSOOC (Diagnosestation). Diese Ausführung besteht aus einer PC-Adapterkarte, einer Einsteckkarte (KTS-Card) und einem Messmodul für Spannung, Strom und Widerstand. Über diese Schnittstelle kommuniziert ESI[tronic] mit den elektronischen Systemen im Fahrzeug, z. B. dem Motorsteuergerät. Damit kann vom PC aus nach Aufrufen der SIS-Fehlersuchanleitung (Service-Informations-System) die Steuergeräte-Diagnose eingeleitet und der Fehlerspeicher im Motorsteuergerät ausgelesen werden. Die Ergebnisse der Diagnose werden direkt in die Reparaturanleitung in ESI[tronic] übernommen. Außerdem können zusätzliche Informationen, wie z. B. Einbaulage der Komponenten, Explosionszeichnungen, Schalt- und Verschlauchungspläne usw. angezeigt werden. Aus den Explosionszeichnungen kann der Kundendienst unmittelbar am PC auf die Ersatzteilliste mit Bestellnummern für die Ersatzteilbestellung umschalten.

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Werkstatt-Technik

Prüfung von EDC-Systemen

Prüfung von EDC-Systemen Jedes EDC-System ist mit einer Eigendiagnose ausgerüstet, mit der eine umfangreiche Prüfung des gesamten Einspritzsystems möglich ist Prüf- und Testgeräte

Für eine effektive Systemprüfung werden Prüf- und Testgeräte benötigt. Konnte früher ein elektronisches Einspritzsystem noch mit einfachen Messgeräten (z_ B. Multimeter) geprüft werden, so sind heute durch die ständige Weiterentwicklung der EDC komplexe Testgeräte unverzichtbar_ Die System-Testgeräte der KTS-Serie sind in den Werkstätten weit verbreitet_ Der KTSSOO (Bild 1) bietet vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz in der Werkstatt, insbesondere durch die grafischen Darstellung z_ B. von Messergebnissen_ Im Folgenden werden diese System-Testgeräte auch als "Motortester" bezeichnet. Funktioncil dc KTSSOO Der KTSSOO bietet eine Vielzahl von Funktionen, die über Tasten und das großflächige Display menügeführt ausgewählt werden können_ Die folgende Auflistung zeigt die wichtigsten Funktionen auf, die der KTSSOO bietet_ System-Testgem. KTS500

Bild 1

a Grafische Darste1lung der Mult,meterfunkt,on

b grafische Darstellung eInes elektnschen Anschlussplans

Fehlerspeicher lesen: Die im Betrieb von der Eigendiagnose erkannten und im Fehlerspeicher gespeicherten Fehler können mit dem KTSSOO gelesen und auf dem Display im Klartext angezeigt werden_ Istwerte lesen: Aktuelle Werte, die das Motorsteuergerät berechnet, können als physikalischer Wert gelesen werden (z_ B. Motordrehzahl in min- 1) _ Stellglieddiagnose: Zur Funktionsprüfung können die elektrischen Steiler (Aktoren) angesteuert werden_ Motortest: Der System-Tester löst programmierte Prüfabläufe zur Prüfung der Motorsteuerung oder des Motors aus (z_B. Kompressionstest )_ MultimeterJunktion: Ströme, Spannungen und Widerstände können wie bei einem herkömmlichen Multimeter gemessen werden_ ZeitverlauJ-Darstellung: Die laufend aufgenommenen Messwerte werden als Signalverlauf grafisch, wie bei einem Oszilloskop, dargestellt. ZusatzinJormationen: Zu den angezeigten Fehlern bzw_ Komponenten können besondere, zusätzliche Informationen eingeblendet werden (z_B. Einbaulage, Prüfwerte zu Komponenten, elektrische Schaltpläne)_ Ausdruck: Alle Daten können auf normalen PC-Druckern ausgedruckt werden (z_ B_ Liste der Istwerte)_

Werkstatt·Technik

Programmierung: Die Software des Motorsteuergeräts kann mit dem KTSSOO neu programmiert werden (Software-update).

Abhängig von dem zu prüfenden System werden beim Werkstattaufenthalt die Möglichkeiten des KTSSOO ausgenutzt. Nicht alle Motorsteuergeräte können die gesamte Funktionalität unterstützen. Vorgehensweise in der Werkstatt (Standardabläufe)

Die Vorgehensweise bei der Diagnose ist für alle Systeme mit elektronischer Dieselregelung EDC gleich. Wichtigstes Hilfsmittel ist der Motortester, der über die Diagnoseschnittstelle an das Motorsteuergerät angeschlossen wird. Fahrzeugidentifikation Zuerst muss die Auswahl des Fahrzeugs vorgenommen werden. Der Motortester muss wissen, welcher Fahrzeugtyp geprüft werden soll, damit er auf die richtigen Daten zugreifen kann. Fehler peicher ausle en Die Eigendiagnose des EDC-Systems überprüft die elektrischen Komponenten auf fehlerhafte Funktion. Ein erkannter Fehler wird dauerhaft im Fehlerspeicher ab gespeichert mit den Angaben über • Fehlerpfad (z. B. Motortemperatursensor), • Fehlerart (z. B. Kurzschluss nach Masse, Signal nicht plausibel), • Fehlerstatus (z. B. Fehler statisch vorhanden, Fehler sporadisch), • Umweltbedingung (Messwerte zum Zeitpunkt der Fehlerspeicherung, z. B. Drehzahl, Temperatur usw.). Mit dem Menüpunkt "Fehlerspeicher" kann die Übertragung der im Motorsteuergerät gespeicherten Fehlerspeicherdaten zum

Prüfung von EDC·Systemen

Motortester gestartet werden. Die Fehlerinformationen werden auf dem Display im Klartext mit Angabe des Fehlerpfads, Fehlerorts, Fehlerstatus usw. angegeben. Fehler u he Nun gibt es allerdings auch Fehlverhalten des Motors, deren Ursachen nicht von der Eigendiagnose festgestellt werden können. Auch diese Fehler müssen in der Werkstatt schnell und zuverlässig diagnostiziert und beseitigt werden. In bei den Fehlerfällen - mit oder ohne Fehlereintrag im Fehlerspeicher - gibt die Elektronische Service-Information ESI [tronie 1Hilfestellung bei der weiteren Fehlersuche. Hier sind für alle möglichen Probleme (z. B. Motor ruckelt) und Fehler (z. B. Motortemperatursensor Kurzschluss) Anleitungen für die Fehlersuche angegeben. Fehlerbehebung Nachdem die Fehlerursache mithilfe der Informationen aus ESI [tronic 1lokalisiert ist, kann der Fehler beseitigt werden. Fehler peicher löschen Ist der Fehler beseitigt, muss der Fehlereintrag aus dem Fehlerspeicher gelöscht werden. Diese Funktion kann über den Motortester mit dem Menüpunkt "Fehlerspeicher löschen" angesteuert werden. Probefahrt Um sicherzustellen, dass der Fehler auch tatsächlich beseitigt ist, wird eine Probefahrt durchgeführt. Während der Probefahrt überprüft die Eigendiagnose das System und trägt eventuell noch vorhandene Fehler wieder im Fehlerspeicher ein. Fehlerspeicher kontrolliere n Nach der Probefahrt wird der Fehlerspeicher nochmals ausgelesen. Er muss nun leer sein. Die Reparatur ist dann erfolgreich beendet.

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Werkstatt·Technik

Prüfung von EDC·Systemen

Weitere Prüfmethoden

Das System-Testgerät KTS 500 bietet über die Standardfunktionen hinaus weitere Funktionen zur Diagnose der elektronischen Dieselregelung an. Der Motortester stößt die Funktionen an, das Motorsteuergerät führt diese aus. tellglied-Di.lgno e Viele Steuergerätefunktionen (z. B. Abgasrückführung) arbeiten im Fahrbetrieb nur unter bestimmten Betriebsbedingungen. In der Werkstatt ist es deshalb nicht möglich, diese Stellglieder (Aktoren) ohne Hilfsmittel gezielt zu aktivieren um deren Funktion zu prüfen (z. B. Abgasrückführventil). Mit dem Motortester kann die StellgliedDiagnose eingeleitet werden, um in der Werkstatt die Funktion der Stellglieder zu prüfen. Die Funktionsfähigkeit dieser Komponenten wird dann durch eine akustische oder visuelle Rückmeldung bestätigt. Mit der Stellglied-Diagnose wird der gesamte elektrische Pfad vom Motorsteuergerät über den Kabelbaum zum Stellglied getestet. Aber eine Aussage über die gesamte Funktionsfähigkeit lässt sich damit jedoch nicht treffen. Die Stellglied-Diagnose wird in der Regel bei stehendem Fahrzeug durchgeführt. Es werden nur Aktoren einbezogen, von denen nicht die Funktion wichtiger Komponenten abhängt. Das bedeutet: Aktoren, die bei einer Fehlbedienung der Stellglied-Diagnose Schaden nehmen oder sogar zu Motorschäden führen könnten, werden von diesem Test ausgenommen (z. B. Magnetventile der Injektoren). ignalprüfung Bei einer Fehlfunktion können mit einem Oszilloskop die Signalverläufe der Ansteuersignale für die Aktoren überprüft werden. Das gilt insbesondere für die Aktoren, die in der Stellglied-Diagnose nicht berücksichtigt werden (z. B. Injektoren).

Motortest-Funktion Fehler, die die Eigendiagnose nicht erkennen kann, lassen sich mithilfe von unterstützenden Funktionen (Motortest-Funktionen) eingrenzen. Hierzu sind im Motorsteuergerät Routinen gespeichert, die vom Motortester angestoßen werden können (z. B. Kompressionstest). Der Test ist zeitlich begrenzt. Beginn und Ende des Tests werden vom Motortester angezeigt. Das Ergebnis wird als Liste vom Motorsteuergerät an den Motortester übermittelt. Beim Kompressionstest wird die Einspritzung abgeschaltet, während der Motor vom Anlasser geschleppt wird. Das Motorsteuergerät erfasst kurbelwellensynchron die Drehzahlwerte. Aus den Drehzahlschwankungen, d. h. dem Unterschied zwischen niedrigstem und höchstem Drehzahlwert, kann eine Aussage über die Kompression der einzelnen Zylinder und damit über den Zustand des Motors getroffen werden. Drehzahl - und Mengenvergleich test Unterschiedliche Einspritzmengen an den Zylindern erzeugen unterschiedliche, zylinderspezifische Motordrehmomente und dadurch einen unrunden Motorlauf. Das Motorsteuergerät misst die momentanen Drehzahlen und überträgt die Werte zum Motortester. Dort werden für jeden Zylinder getrennt die Drehzahlwerte dargestellt. Große Drehzahl- und Einspritzmengenabweichungen einzelner Zylinder weisen auf Probleme bei der Kraftstoffzumessung hin. Die Laufruheregelung im Motorsteuergerät gleicht Drehzahlschwankungen durch eine zylinderspezifische Kraftstoffzumessung aus. Während des Drehzahlvergleichstests wird deshalb der Laufruheregler ausgeschaltet. Bei aktiver Laufruheregelung wird der Mengenvergleichstest durchgeführt. Der Motortester zeigt die zylinderspezifischen Einspritzmengen an, die für einen runden Motorlauf sorgen. Die Bewertung erfolgt durch Vergleichen der zylinderspezifischen Drehzahl- und Mengenwerte.

Werkstatt-Technik

Weltweiter Service

. Wenn Du erst einmal im Motorwagen

das BedOrfnis nach Werkstätten rasch an. In

gefahren bist, dann wirst Du bald finden,

den 1920er-Jahren begann Robert B osch mit

dass es mit Pferden etwas unglaub lich

dem systematischen Aufbau eine r ßächen-

langweiliges ist ( .. _). Es gehört aber ein

deckenden Kundendlenstorganlsahon. 1926

sorgfältiger Mechaniker an den Wagen ( _)".

erhielten diese Werkstätten den einheitlichen,

..

Robert Bosch schneb Im Jahr 1906 diese Zellen an seinen Freund Paul Reusch Damals konnten

In

der Tat auftretende PaMen durch

als Markenzeichen angemeldeten Namen . B osch-Dlenst". Die Bosch- Dlenste von heute haben die B ezeichnung . B osch· Service". Sie sind mit

den angestellten Chauffeur oder den Mechani-

modernsten elektronischen G eräten ausge-

ker daheim behoben werden. Doch mit der

rOstet, um den Anforderungen der Kraftfahr-

steigenden Zahl der selbstfahrenden .Auto-

zeugtechnik von heute und den Q ualitäts-

moblhsten" nach dem ersten Weltkrieg wuchs

ansprüchen des Kunden gerecht lU werden.

&... Reparalurhalle aus dem Jahr 1925 (Folo: Boschl

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Werkstatt-Technik

Einspritzpumpen-Prüfstände

Einspritzpumpen-Prüfstände Nur mit genau geprüften und eingestellten Einspritzpumpen und Reglern lassen sich ein bestmögliches Verbrauchs-/LeistungsVerhältnis des Dieselmotors und die Erfüllung der immer strenger werdenen Abgasvorschriften erreichen_ Hierfür ist der Einspritzpumpen-Prüfstand (Bild 1) unentbehrlich. ISO-Normen legen wesentliche Rahmenbedingungen für Prüfung und Prüfstand fest und stellen besonders an Steifigkeit und Gleichförmigkeit des Antriebs (5) hohe Anforderungen. Die immer größer werdende Leistungsaufnahme der Einspritzpumpen infolge steigender Spitzendrücke führt zu steigenden Anforderungen und damit zur Leistungserhöhung der Prüfstände. Eine hohe Leistung des elektrischen Antriebs, eine große Schwungrnasse und eine präzise Drehzahlregelung garantieren eine gute Drehzahlstabilität. Das ist die Voraussetzung für eine hohe Wiederholungsgenauigkeit der Messungen.

Mengenmessmethoden

Ein wichtiger Prüfschritt ist die Erfassung der pro Hub geförderten Kraftstoffmenge. Die zu prüfende Einspritzpumpe wird hierzu auf das Prüfstandsbett gespannt (1) und auf ihrer Antriebsseite mit der Kupplung des Prüfstands verbunden. Die Mengenmessung geschieht mit einem genormten Prüföl mit genau überwachter und geregelter Temperatur. Jedem Pumpenzylinder ist eine spezielle, in engen Grenzen kalibrierte Prüfdüsenhalterkombination (3) nachgeschaltet. Dadurch sind für alle Messungen vergleichbare Ergebnisse möglich. Für diese Messung gibt es zwei unterschiedliche Methoden. Messglas-Technik MGT Der Prüfstand beinhaltet eine Vorrichtung mit Messgläsern (Bild 2, Pos. 5). Für jeden Zylinder stehen mehrere unterschiedlich große Messgläser zur Verfügung, die je nach zu messender Einspritzmenge ausgewählt werden. Mit dieser Apparatur können Einspritzpumpen für Motoren bis zu 12 Zylindern geprüft werden.

Bosch-Elnspnupumpen-Prufstand mit elektronischem Messsystem KMA

2

Bild 1 1

Eonspntzpumpe auf dem Prufstandsbett

2 Mengen-Messsystem KMA 3 PrOfdusenhaiterkombinaiIon

4 Prufdruckleotung 5 elektnscher Ant"eb 6 Bed.en- AnzeIQeund Rechnerelnhett

>

i

Werkstatt-Technik

Aufbau des Prilfstands mIt MessgIas·Technlk MGT

2

4

3

Einspritzpumpen·Prüfstände

PnnllP der KMA·Messzelle

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Bild 2 1 Elnspntzpumpe

2 elektnscher Antneb 3 Prufdüsenhalter·

5

kombInatIon

4

PrufdrucklCltung

5 Messgläser

Bild 3 1 Rücklauf

zum

PnJfOlbehälter

2 Zahnradpumpe

3 LED 4 Fotozelle

5 Fenster 6 Regelkolben 7 Verstärl GD

3 4 5 6

Reflexfotometer Papiertransport

Volumenmessung SpOlluft·Umschalt· venttle

7 Pumpe

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Abgasemission

Übersicht, Hauptbestandteile

Abgasemission Mit dem zunehmenden Energieverbrauch, der vor allem durch fossile Brennstoffe gedeckt wird, ist die Luftverschmutzung zu einem schwerwiegenden Problem geworden. Die Qualität unserer Atemluft ist von vielen Einflussgrößen abhängig. Neben den Emissionen von Industrie, Haushalten und Kraftwerken sind auch die Emissionen aus dem Straßenverkehr von großer Bedeutung. Sie betragen in Industrienationen ca. 20 % der Gesamtemissionen.

Übersicht Um die Umweltbelastung durch die von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor emittierten Schadstoffe zu verringern, wurden die zulässigen Grenzwerte für die Schadstoffe in den vergangenen Jahren immer weiter gesenkt. Das führte dazu, dass die Fahrzeuge mit zusätzlichen Systemen ausgerüstet werden mussten, die die Emissionen begrenzen. Verbrennung des Luft-KraftstoffGemischs Für alle Verbrennungsmotoren gilt: Eine vollkommene Verbrennung in den Zylindern eines Motors gibt es nicht. Auch nicht, wenn der Luftsauerstoff im Überschuss vorhanden ist. Je unvollkommener die Verbrennung, desto größer ist der Ausstoß an kohlenstoffhaltigen Schadstoffen im Abgas. Das Abgas eines Verbrennungsmotors enthält deshalb neben einem hohen Prozentsatz ungiftiger Hauptbestandteile auch Nebenbestandteile, die zumindest in höherer Konzentration schädlich für die Umwelt sind und damit als Schadstoffe gelten. Kurbelgehäuseentlüftung Zusätzliche Emissionen entstehen aus der Kurbelgehäuseentlüftung. Gase entweichen über die Zylinderwände in das Kurbelgehäuse. Von dort werden sie wieder in das Saugrohr geleitet und der Verbrennung im Zylinder zugeführt. Beim Dieselmotor sind diese Emissionen jedoch gering, da im Verdichtungstakt nur

reine Luft verdichtet wird. Die ins Kurbelgehäuse gelangenden Leckgase weisen nur etwa 10% der beim Ottomotor auftretenden Schadstoffe auf. Trotzdem wird auch beim Dieselmotor eine geschlossene Kurbelgehäuseentlüftung gesetzlich vorgeschrieben. Kraftstoffverdunstung Bei Fahrzeugen mit Ottomotoren entstehen zusätzlich Emissionen - auch bei Fahrzeugstillstand - durch Verdunsten des flüchtigen Benzins aus dem Kraftstoffbehälter. Diese Emissionen bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen. Um ein Ausdampfen in die Atmosphäre zu verhindern, müssen die Dämpfe im KraftstoffverdunstungsRückhaltesystem gespeichert und während des Fahrzeugbetriebs dem Verbrennungsprozess wieder zugeführt werden. Wegen der fehlenden leichtflüchtigen Komponenten im Dieselkraftstoff sind diese Verdunstungsemissionen beim Dieselmotor ohne Bedeutung.

Hauptbestandteile Bei einer vollständigen, idealen Verbrennung reinen Kraftstoffs, d. h. in Verbindung mit genügend Sauerstoff, würde folgende chemische Reaktion ablaufen:

Wegen den nicht idealen Verbrennungsbedingungen, aber auch aufgrund der Kraftstoffzusammensetzung entstehen neben den Abgashauptbestandteilen Wasser (H 2 0) und Kohlendioxid (C0 2 ) auch zum Teil schädliche Nebenbestandteile (Bild 1). Wasser (H 2 0) Der im Kraftstoff enthaltene chemisch gebundene Wasserstoff verbrennt zu Wasserdampf, der beim Abkühlen zum größten Teil kondensiert. Er ist an kalten Tagen als Dampfwolke am Auspuff sichtbar. Der Anteil am Abgas ist beim Dieselmotor betriebspunktabhängig.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Abgasemission

Kohlendioxid (C0 2) Der im Kraftstoff enthaltene chemisch gebundene Kohlenstoff bildet bei vollständiger Verbrennung Kohlenstoffdioxid (C0 2 ). Auch sein Anteil ist betriebspunktabhängig. Kohlenstoffdioxid wird meist einfach als Kohlendioxid bezeichet. Die Menge des freigesetzten Kohlendioxids ist direkt proportional zum Kraftstoffverbrauch. Die Kohlendioxidemission lässt sich bei StandardKraftstoffen nur über den Kraftstoffverbrauch reduzieren.

Kohlendioxid ist als natürlicher Bestandteil der Luft in der Atmosphäre schon vorhanden und wird in Bezug auf die Abgasemissionen bei Kraftfahrzeugen nicht als Schad-

stoff eingestuft. Es ist jedoch ein Mitverursacher des Treibhauseffekts und der damit zusammenhängenden globalen Klimaveränderung. Der CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre ist seit 1920 von ca. 300 ppm stetig auf ca. 450 ppm im Jahr 2001 gestiegen. Die Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlendioxidemission und damit des Kraftstoffverbrauchs werden deshalb immer bedeutender. Stickstoff (N 2 ) Stickstoff als Hauptbestandteil der vom Motor angesaugten Luft (78 %) ist bei der Verbrennung des Kraftstoffs nicht beteiligt. Er stellt aber mit ca. 69 ... 75% den größten Anteil im Abgas dar.

Abgaszusammenseuung von Verbrennungsmotoren ohne Abgasnachbehandlung (Rohemissionen)

Pkw-Dieselmotor Im Telliastbereich 15%Sauerstoff(0.)

435

Hauptbestandteile

I

1)

7,1 '!I. Kohlendioxid (CO.) ｾ＠

....Eil.

_ _ _"'1 0,001 % Aldehyde

O,OO4%SUHate

I Partikel

I" 0,004 % Feststoffe 1-_ _"; 0.005% Kohlenwasserstoffe (HC)

Bild 1 Angaben in Gewichts,

0.034 % Stickoxide (NOx)

prozent

Oie KonzentratIonen der AbgasbestandteIle,

Insbesondere der Schadstoffe, können abweichen; sIehängen

0,043% Kohlenmonoxid (CO)

u.a. von den Betnebs· bedingungen des

75,2% SticI1,0) vorhanden sein. Die Gemischbildung wird durch folgende Größen bestimmt: • Düsenstrahlanzahl passend zum Luftdrall, • Düsenstrahlrichtung passend zu Brennraumform, Spritzbeginn und Spritzdauer, • Einspritzdruck (Tröpfchengröße und -verteilung) und • Einspritzverlauf (zeitliche Einbringung des Kraftstoffs). Drehzahl, Einspritzmasse, Drücke und Temperaturen sowie die Luftzahl A. sind bei gegebenem Motor die sich im Betrieb verändernden Größen. Die Motorergebnisgrößen sind: • der spezifische Kraftstoffverbrauch, • die NOx-Emission (NO und N0 2 ), • die Partikel-Emission, • die HC-Emission, • die CO-Emission und • das Verbrennungsgeräusch. Der Leistungs- bzw. Drehmomentverlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl wird nach der Zielvorgabe des Motorherstellers angepasst. Alle Parameter der Gemischbildung haben Einfluss auf die Ergebnisgrößen. Die NOx-Bildung wird durch hohe Verbrennungstemperatur sowie Luftüberschuss und Luftbewegung am Beginn der Verbrennung begünstigt. Ruß entsteht bei (örtlichem) Luftmangel und ungenügender Gemischbildung.

Motorische Maßnahmen

Die Gestaltung des Brennraums, die Wahl des Verdichtungsverhältnisses sowie die Luftbewegung beeinflussen neben den oben genannten Gemischbildungsgrößen die Motorergebnisse hinsichtlich Emissionen und Kraftstoffverbrauch. Die Anordnung der Ventile bei der Vierventiltechnik ermöglicht die mittige Anordnung der Injektoren im Zylinderkopf und schafft damit optimale Voraussetzungen für eine gleichmäßige Düsenstrahlverteilung im Brennraum. Ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie ermöglicht mehr Luft in weiten Bereichen des Last-Drehzahl-Kennfeldes, verkürzt den instationären Ladedruckautbau und verringert den Abgasgegendruck. Die Ladeluftkühlung vermindert die NOx-Emission und den Kraftstoffverbrauch. Abgasrückführung ARF

Die Abgasrückführung ARF ist eine wirkungsvolle Maßnahme zur Verminderung von NO x. ARF ist seit vielen Jahren Stand der Technik im Dieselmotor für Pkw und wird für niedrige NOx-Emissionen auch im Nkw benötigt. Entsprechend den gesetzlichen Zertifizierungszyklen wird die ARF beim Pkw nur im unteren Last- und Drehzahlbereich angewandt, während der Nkw (Heavy Duty) sie nahezu im ganzen Last-/ Drehzahlkennfeld benötigt. Die NOx-vermindernde Wirkung der ARF beruht auf drei Mechanismen: • Verminderung der Sauerstoffkonzentration im Brennraum, • Verminderung des austretenden Abgasstromes und • Temperatursenkung durch die höhere spezifische Wärme der Inertgase H 20 und CO 2 (Gase, die an der Reaktion nicht beteiligt sind) . Besonders wirkungsvoll ist die Rückführung gekühlter Abgase. Die Rückführraten betragen beim Pkw bis ca. 50 %, beim Nkw ca. 5 ... 25 %. Beim Pkw ist zur Rückführung der Abgase bei niedriger Last immer ein Druckgefälle des Abgases zwischen vor der Turbine

Abgasemission

und nach dem Verdichter vorhanden (Abgasturbolader immer mit Wastegate oder variabler Turbinengeometrie VTG) . Beim Nkw ist im Standardfall bei hoher Last der Abgasdruck vor der Turbine niedriger als der Ladedruck nach dem Verdichter und Ladeluftkühler. Deswegen muss für die Anpassung der Abgasrückführung eine Auslegung des Abgasturboladers erfolgen oder ein Tubolader mit VTG verwendet werden, der das erforderliche Druckgefälle schafft. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Venturirohres (niedriger Druck an der Engstelle) im Bypass zum Frischluftkanal. Die ARF wird durch Differenzluftmassenregelung mit einem Luftmassenmesser geregelt. Einfluss der Kraftstoffeinspritzung

Die wichtigsten Größen zur Beeinflussung der Motorergebnisse sind Spritzbeginn, Einspritzdruck und Einspritzverlauf sowie Vorund Nacheinspritzung. Pkw Niedrige NOx-Emissionen werden im Bereich des Abgastestzyklus durch späte Spritzbeginne erzielt. Bei hoher Last und hoher Drehzahl kommen frühe Spritzbeginne für niedrigen Kraftstoffverbrauch und hohe Leistung zur Anwendung. Bei kaltem Motor erfolgt eine Spritzbeginn-Frühverschiebung (HC). Nkw Niedrige NOx-Emissionen werden bei mittleren und hohen Lasten durch späte Spritzbeginne erzielt. Sie erhöhen jedoch den Kraftstoffverbrauch. Frühe Spritzbeginne sind bei niedrigen Lasten und kaltem Motor erforderlich (HC).

Bei modernen Einspritzsystemen mit EDC (Electronic Diesel Control) ist der Spritzbeginn eine frei wählbare Anpassungsgröße. Eine Spritzbeginn- oder BIP-Regelung (Begin ofInjection Period) regelt den Spritzbzw. Förderbeginn auf< ± 1 °KW genau. Das Common Rail System steuert über den An-

Schadstoffminderung

steuerbeginn des Magnetventils den Spritzbeginn mit einer ähnlichen Genauigkeit. Ein pritzdruck Mit steigendem Einspritzdruck wird in der Regel die Rußemission vermindert. Bei frühem Spritzbeginn ist der Kraftstoffverbrauch geringer als bei spätem Spritzbeginn. Wird bei spätem Spritzbeginn der Einspritzdruck erhöht, kann der Verbrauch wieder etwas gesenkt werden - aber die NO xEmission erhöht sich. Der Einspritzdruck ("peak"- oder "rail-pressure") ist daher zusammen mit dem Spritzbeginn und der ARF-Rate eine Größe, die sorgfältig optimiert werden muss. Bewertungsgrößen im Testbereich sind Kraftstoffverbrauch und Rußemissionen auf der einen Seite und die NOx-Emissionen auf der anderen. Zwischen diesen Größen muss ein sinnvoller Kompromiss gefunden werden. Dies wird deutlich, wenn man Kraftstoffverbrauch und Ruß über NO x aufzeichnet. Beim Pkw mit Dieselmotoren sind im höheren Last-DrehzahlBereich sehr hohe Einspritzdrücke für hohe Leistung und niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch erforderlich. Einspritzverlauf Unter Einspritzverlauf versteht man den zeitlichen Verlauf des Kraftstoff-Massenstroms während der Einspritzdauer. Vorteilhaft für niedrige NOx-Emission und geringes Verbrennungsgeräusch ist ein kleiner Einspritzmengenanteil während des Zündverzugs. Eine präzis dosierte Voreinspritzmenge vermindert das Verbrennungsgeräusch erheblich. Ebenso wird mit Voreinspritzung die NOx-Emission vermindert und bei höheren Lasten auch der Kraftstoffverbrauch, während der Schwarzrauch in der Regel etwas ansteigt. Eine gut zerstäubte Nacheinspritzung unmittelbar nach der Haupteinspritzung kann die Rußemission vermindern, ohne die anderen Motoreigenschaften wesentlich zu verändern. Systeme mit Nacheinspritzung sind bereits in Serie.

439

440

Systeme zur Abgasnachbehandlung

Diesel·Oxidationskatalysator, Partikelfilter

Systeme zur Abgasnachbehandlung Um die immer strenger werdenden Abgasvorschriften einhalten zu können, wird die Abgasnachbehandlung - trotz der Fortschritte der innermotorischen Maßnahmen - zukünftig auch beim Dieselmotor immer mehr an Bedeutung gewinnen. Dies gilt vor allem für schwere Pkw und alle Nkw. Unterschiedliche Verfahren sind in der Entwicklung. Welche sich durchsetzen werden, ist derzeit noch offen. Bei der Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren sollen hauptsächlich zwei Schadstoffkomponenten reduziert werden: • Partikel, die durch die inhomogene Gemischverteilung im Brennraum entstehen und • Stickoxide (NOx), die durch die hohen Temperaturen bei der Dieselverbrennung gebildet werden. Bereits die Rohemissionen dieser Schadstoffe konnten in den letzten Jahren - auch durch die Entwicklung der Hochdruck-Einspritzsysteme - drastisch gesenkt werden.

Diesel- Oxidationskatalysator Der Diesel-Oxidationskatalysator DOC (auch Oxi-Kat genannt) ist motornah im Abgasstrang angebracht (Bild 1, Pos. 9), um schnell seine Betriebstemperatur zu erreichen. Er verringert die Kohlenwasserstoff(HC) und Kohlenmonoxid-Emissionen (CO) und teilweise auch die flüchtigen Bestandteile der Partikelemission. Diese Abgasbestandteile wandelt er in Wasser (H 20) und Kohlendioxid (C0 2 ) um. Oxidationskatalysatoren befinden sich bereits im Serieneinsatz. Durch besondere Katalysatorausführungen ist es gleichzeitig möglich, Stickoxide (NO x) mit HC und CO zu reduzieren, wobei der NOx-Umsatz auf 5... 10% beschränkt ist.

Partikelfilter Im Partikelfilter (Bild 1, Pos. 10) werden die im Abgas enthaltenen Partikel gesammelt. Der Druckabfall über den Partikelfilter ist ein möglicher Indikator für seine Rußbeladung. Oberhalb einer festgelegten Beladungsgrenze muss der Filter regeneriert werden. Die für den Rußabbrand erforderlichen Temperaturen von über 600°C werden im normalen Betrieb des Dieselmotors nicht erreicht. Durch motorische Maßnahmen wie beispielsweise Späteinspritzung und Ansaugluftdrosselung kann die Abgastemperatur erhöht werden . Zurzeit werden Filter aus porösen Keramiken favorisiert. Sie werden in Pkw bereits in Serie eingesetzt. Additivsystem Durch Zugabe eines Additivs in den Kraftstoffbehälter kann die Temperatur für die Verbrennung der Partikel im Partikelfilter um ca. 100°C abgesenkt werden. Allerdings steigt der Abgasgegendruck langsam im Laufe des Betriebs an, da die nicht brennbaren Ablagerungen (die Additiv-Asche) im Filter zurückbleiben. Dies erhöht den Kraftstoffverbrauch und begrenzt die Lebensdauer des Filters. CRT-System Beim CRT-System (Continuously Regeneration Trap, d. h. kontinuierlich regenerierendes Partikelfilter-System) ist dem Partikelfilter ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, der das im Abgas enthaltene NO zu N0 2 oxidiert. Der im Filter gesammelte Ruß wird hier kontinuierlich mit N0 2 bereits bei Temperaturen ab 250°C verbrannt - also deutlich unter der Verbrennungstemperatur bei herkömmlichen Partikelfiltern, bei denen die Verbrennung mit O 2 erfolgt. Temperatursensoren, ein Differenzdrucksensor und ein Rußsensor hinter dem Partikelfilter überwachen die Funktion des Systems. Das CRT-System wird derzeit für den Nkw-Einsatz in Stadtbussen und ausgewählten Fuhrparks getestet.

Robert Bosch GmbH, Dieselmotor-Management © Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2002

Systeme zur Abgasnachbehandlung

Wegen der Schwefelempfindlichkeit der erforderlichen Oxidationskatalysatoren ist schwefelarmer Kraftstoff erforderlich. Durch katalytische Beschichtung des Filters können Oxidationskatalysator und Partikelfilter in einem Bauteil integriert werden. Dieser Filter wird CSF genannt (Catalyzed Soot Filter, d. h. katalytisch beschichteter Filter). Auch die Bezeichnung CDPF-System (Catalyzed Diesel Particulate Filter, d. h. Katalytischer Diesel-Partikelfilter) wird verwendet.

Partikelfilter, NOx·Speicherkatalysator

441

Für die Reduktion der Stickoxide bei PkwDieselmotoren wird der NOx-Speicherkatalysator entwickelt. Dieser baut die Stickoxide auf eine andere Weise ab: er ist in der Lage, Stickoxide zu speichern und dann zu konvertieren. Dieser Vorgang läuft in zwei Schritten ab: • NOx-Einspeicherung im mageren Abgas (A > 1; 30 Sekunden bis zu mehreren Minuten), • NOx-Ausspeicherung und Konvertierung im fetten Abgas (A < 1; 2... 10 Sekunden). NOx-Einspeicherung

NOx·Speicherkatalysator Der Dieselmotor arbeitet immer mit Luftüberschuss (mager, A >1). Deshalb kann ein Dreiwegekatalysator, wie er für Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung verwendet wird, nicht zur Reduktion der Stickoxide (NO x) eingesetzt werden. Bei Luftüberschuss reagieren CO und HC mit dem Restsauerstoff aus dem Abgas zu CO 2 und H 20 und stehen somit nicht für die NOx-Reduktion zu Stickstoff (N 2) zur Verfügung.

Stickoxide werden bei Sauerstoffüberschuss im Abgas durch Metalloxide an der Oberfläche des NOx-Speicherkatalysators als Nitrat gebunden (Bild 2 nächste Seite). Dabei unterstützt ihn ein vorgeschalteter oder in den NOx-Speicherkatalysator integrierter Oxidationskatalysator (3), der die NO-Anteile zu N0 2 oxidiert. Mit zunehmender Menge an gespeicherten Stickoxiden (Beladung) nimmt die Fähigkeit, weiter Stickoxide zu binden, ab. Es gibt zwei Möglichkeiten um zu erkennen, wann der Katalysator so weit beladen ist, dass die Einspeicherphase beendet werden muss:

Abgasanlage mil O,idationskatalysator und Partikelfilter mit Additivsystem

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Bild 1 1 Addllivsteuergeral

2 Molorsteuerger31 3 Add.t,vpumpe 4 Fullstandsscnsor

5 Additovtank 6 Addltwdoslerelnhell Kraftstoffbehalter

8 Dieselmotor

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2CO+0 2 2C0 2 2NO+0 2 2N0 2 >Ｒｾｈ Ｖ＠ + 70 2 -t 4C0 2 + 6H 2 O

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9 OXidatoons· katalysator OOC 10 Part,kelf.ller 11

Temperatursensor

12 O.fferenzdruck· sensor 13 Rußsensor

442

Systeme zur Abgasnachbehandlung

NOx·Speicherkatalysator

Prinzipdarstellung einer Abgasantage mit

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Bild 2 1

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Dieselmotor Abgasheizung (optional)

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Ba03 + 2N0 2 + "20 2 -

NO.. Senso< oder Lambda·Sonde

8

Motorsteuergerät

• Ein modellgestütztes Verfahren berechnet unter Berücksichtigung der Katalysatortemperatur die Menge der eingespeicherten Stickoxide. • Ein NOx-Sensor hinter dem NOxSpeicherkatalysator misst die Stickoxidkonzentration im Abgas.

zentration im Abgas und zeigt mit der Spannungsänderung von "mager" nach "fett", dass die Ausspeicherung beendet ist (CO-Durchbruch). Um auch bei Kaltstart gute NOx-Reduktionsraten zu erzielen, kann eine elektrische Abgasheizung (2) eingesetzt werden.

NOx-Ausspeicherung und Konvertierung

Ab einer bestimmten Beladung muss der NOx-Speicherkatalysator regeneriert werden, d. h. die eingelagerten Stickoxide müssen wieder freigesetzt und zu N2 konvertiert werden. Dazu wird kurzzeitig auf fetten Motorbetrieb umgeschaltet (I.. "" 0,95). Bei der Regenerierung entstehen in zwei Schritten Kohlendioxid (C0 2) und Stickstoff (N 2) (Bild 2) . Es gibt zwei verschiedene Verfahren, das Ende der Ausspeicherphase zu erkennen: • Das modellgestützte Verfahren berechnet die Menge der noch im NOx-Speicherkatalysators vorhandenen Stickoxide. • Eine Lambda-Sonde (Bild 2, Pos. 7) hinter dem Katalysator misst die Sauerstoffkon-

Schwefel aus dem Kraftstoff und aus Schmierstoffen führt zu einer "Vergiftung" des Katalysators. Die NOx-Speicherstelien werden vom Schwefel belegt. Deshalb wird möglichst schwefel freier Kraftstoff « 10 ppm) benötigt. Durch Aufheizen des Abgases auf ca. 650°C bei I.. "" 1 kann die Schwefelvergiftung weitgehend rückgängig gemacht werden (Desulfatisierung). Hoher Schwefelgehalt im Kraftstoff wirkt sich über die Häufigkeit der Desulfatierung jedoch negativ auf den Kraft· stoffverbrauch aus. Der NOx-Speicherkatalysator wird auch NSC (NO x Storage Catalyst) genannt.

Systeme zur Abgasnachbehandlung

SCR-Prinzip, Kombinationssysteme

SeR-Prinzip

Kombinationssysteme

Bei Abgasentstickungsverfahren nach dem SCR-Prinzip (Selective Catalytic Reduction, d. h. selektive katalytische Reduktion) wird dem Abgas ein Reduktionsmittel, z. B. wässrige Harnstofflösung mit einer Konzentration von 32,5 Gew.-% sehr genau dosiert zugegeben. An einem Hydrolyse-Katalysator (H-Kat) wird aus der Harnstofflösung Ammoniak gewonnen (Bild 3). Dieses Ammoniak reagiert am SCR-Katalysator mit NO x zu Stickstoff und Wasser. Moderne SCR-Katalysatoren können die Funktionen des Hydrolysekatalysators mit übernehmen, sodass dieser häufig entfällt. Ein Oxidationskatalysator vor der Reduktionsmittelzugabe vergrößert den Wirkungsgrad des Systems. Ein Oxidationskatalysator (NHrSperrkatalysator) hinter dem SCRKatalysator verhindert den möglicherweise auftretenden NH 3 -Ausstoß.

Zur Einhaltung künftiger Abgasgrenzwerte werden für viele Dieselfahrzeuge Abgasreinigungssysterne zum Einsatz kommen müssen, die sowohl eine Partikelfilterung als auch eine höchst effiziente Reduzierung der NOx-Emissionen ermöglichen. Solche Systeme werden auch als Vier- Wege-Systeme bezeichnet, da sie neben NO x und Partikeln auch die HC- und CO-Emissionen verringern. Kombinationssysteme erfordern eine leistungsfähige Motorsteuerung. Entwickelt werden derzeit Kombinationen von NO xSpeicherkatalysator und Partikelfilter sowie SCR-Katalysator und Partikelfilter.

Durch die hohen NOx-Reduktionsraten (bis zu 90 % im europäischen transienten Testzyklus für Nkw) ist eine verbrauchsoptimierte Motorabstimmung möglich. So können mit diesem System bis zu 10% Kraftstoff eingespart werden. SCR-Systeme für Nkw-Anwendungen stehen kurz vor der Serienreife.

443

Beispielsystem Ruß wird an einem katalytisch beschichteten Filter (CDPF) kontinuierlich oxidiert, das nachgeschaltete SCR-System reduziert die NOx-Emissionen. Die Reduktionsmittelzugabe erfolgt kennfeld- und temperaturabhängig oder durch Ermittlung der NO xKonzentration im Abgas vor dem Katalysator. Die Funktion des Gesamtsystems wird durch Gassensoren (NO x und/oder NH 3 ) und Temperaturmessstellen überwacht.

SCR.Syste:n]

Bild 3 1 Dieselmotor 2 Temperatursensor

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NO + N0 2 + 2NH 3 ｾ

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katalysator 4 EinspnlZdOse 10r ReduktlonsmlHel

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9 NH.·Sensor 10 Motorsteuergerät 11

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444

Abgasgesetzgebung

Übersicht

Abgasgesetzgeb ung Das ständig steigende Verkehrsaufkommen und die damit gestiegenen Umweltbelastungen, insbesondere durch den innerstädtischen Verkehr, wurden in der Vergangenheit zunehmend zu einem Problem. Die Abgasemissionen der Kraftfahrzeuge mussten deshalb begrenzt werden. Die Gesetzgeber legen die zulässigen Grenzwerte und die Prüfverfahren fest. Jeder zugelassene Fahrzeugtyp muss diesen gesetzlichen Bestimmungen genügen.

Übersicht Vorreiter im Bestreben, die von den Kraftfahrzeugen verursachten Schadstoffemissionen gesetzlich zu begrenzen, war der US-Bundesstaat Kalifornien. Grund dafür ist, dass in den Großstädten wie Los Angeles aufgrund der geografischen Lage die Abgase nicht vom Wind weggetragen werden, sondern wie eine Dunstglocke über der Stadt liegen bleiben. Die dadurch hervorgerufene Smogbildung wirkte sich nicht nur negativ auf die Gesundheit der Bevölkerung aus, sie führte auch zu massiven Sichtbehinderungen. Seit In -Kraft -Treten der ersten Abgasgesetzgebung für Ottomotoren Mitte der 1960er-Jahre in Kalifornien wurden dort die zulässigen Grenzwerte für die verschiedenen Schadstoffkomponenten immer weiter reduziert. Mittlerweile haben alle Industriestaaten Abgasgesetze eingeführt, die die zulässigen Grenzwerte für Otto- und Dieselmotoren sowie die Prüfmethoden festlegen. Es gibt im Wesentlichen folgende Abgasgesetzgebungen: • CARB-Gesetzgebung (California Air Resources Board), • EPA-Gesetzgebung (Environmental Protection Agency), • EU-Gesetzgebung (Europäische Union), • Japan-Gesetzgebung. Prüfverfahren

Nach den USA haben die Staaten der EU und Japan eigene Prüfverfahren zur Abgas-

zertifizierung von Kraftfahrzeugen entwickelt. Andere Staaten haben diese Verfahren in gleicher oder auch modifizierter Form übernommen. Je nach Fahrzeugklasse und Zweck der Prüfung werden drei vom Gesetzgeber festgelegte Prüfverfahren angewendet: • Typprüfung zur Erlangung der allgemeinen Betriebserlaubnis, • Serien prüfung als stichprobenartige Kontrolle der laufenden Fertigung durch die Abnahmebehörde und • Feldüberwachung zur Überprüfung bestimmter Abgaskomponenten von im Betrieb befindlichen Fahrzeugen. Den größten Prüfungsaufwand erfordert die Typprüfung. Für die Feldüberwachung werden vereinfachte Verfahren angewendet. Klasseneinteilung

In Staaten mit Kfz-Abgasvorschriften besteht eine Unterteilung der Fahrzeuge in verschiedene Klassen: • Pkw: Die Prüfung erfolgt auf einem Fahrzeug-Rollenprüfstand. • Leichte Nkw: Je nach nationaler Gesetzgebung liegt die Obergrenze des zulässigen Gesamtgewichts bei 3,5 ... 3,8 t. Die Prüfung erfolgt auf einem FahrzeugRollenprüfstand (wie bei Pkw). • Schwere Nkw: Zulässiges Gesamtgewicht über 3,5 ... 3,8 t. Die Prüfung erfolgt auf einem Motorenprüfstand, eine Fahrzeugmessung ist nicht vorgesehen. • Off-Highway (z. B. Baufahrzeuge, Landund Forstwirtschaft): Prüfung auf Motoren prüfstand, wie bei schweren Nkw. Typprüfung

Abgasprüfungen sind eine Voraussetzung für die Erteilung der allgemeinen Betriebserlaubnis für einen Fahrzeug- und Motortyp. Dazu müssen Prüfzyklen unter definierten Randbedingungen gefahren und Emissionsgrenzwerte eingehalten werden. Die Prüfzyklen (Testzyklen) und die Emissionsgrenzwerte sind länderspezifisch festgelegt (Bild 1).

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Abgasgesetzgebung

Testzyklen

Serien prüfung

Für Pkw und leichte Nkw sind länderspezifisch unterschiedliche dynamische Testzyklen vorgeschrieben, die sich entsprechend ihrer Entstehungsart nach zwei Typen un terscheiden: • aus Aufzeichnungen tatsächlicher Straßen fahrten abgeleitete Testzyklen (z. B. FTP-Testzyklus in den USA) und • aus Abschnitten mit konstanter Beschleunigung und Geschwindigkeit konstruierte (synthetisch erzeugte) Testzyklen (z. B. MNEFZ in Europa).

In der Regel fuhrt der Hersteller selbst die Serien prüfung als Teil der Qualitätskontrolle während der rertigung durch. Die Zulassungsbehörde kann beliebig oft Nachprüfungen anordnen. Die EU-Vorschriften und ECE-Richtlinien (Economic Commission of Europe) berücksichtigen die Fertigungsstreuung durch Stichprobenmessung an 3 bis maximal 32 Fahrzeugen. Die schärfsten Anforderungen werden in den USA angewandt, wo insbesondere in Kalifornien eine annähernd lückenlose Qualitätsüberwachung verlangt wird.

Zur Bestimmung der ausgestoßenen Schadstoffmassen wird der durch den Testzyklus genau festgelegte Geschwindigkeitsverlauf "nachgefahren". Während der Fahrt wird das Abgas gesammelt und nach dem Ende des Fahrprogramms hinsichtlich der Schadstoffmassen analysiert. Für schwere Nkw werden auf dem Motorprüfstand stationäre Abgastests (z. B. 13-Stufen-Test in der EU) oder dynamische Tests (z. B. Transient Cyde in den USA) gefahren.

445

Übersicht

On-Board-Diagnose

Die Abgasgesetzgebung legt auch fest, wie die Einhaltung der Grenzwerte überwacht wird. Das Motorsteuergerät enthält Diagnosefunktionen (Softwarealgorithmen), die abgasrelevante Fehler im System erkennen. Die OBD-Diagnosefunktionen (On-BoardDiagnose) überprüfen alle Komponenten, die bei einem Ausfall zu einer Erhöhung der Schadstoffemissionen fuhren. Es werden länderspezifisch Grenzwerte für die Abgasemission festgelegt. Bei Überschreiten der Grenzwerte wird der Fahrer durch die Fehlerlampe auf den Defekt hingewiesen.

Geltungsbereiche der verschiedenen Abgasgesetzgebungen IUr Pkw und leIChte NI.

Bild 1 Testzyklen für die unter' schiedlichen Abgasgesetzgebungen; •

FTP 75-Zyklus (CARB und EPA)

•

Hlghway·Zyklus (CARB und EPA, nur lür Ennlttlung des Aotlenverbrauchs)

USEPA EU _

EU-/ECE-Testzyklus •

10 · 15·Mode-Zyklus Uapan).

Japan

Geseugebung basIerend auf

US EPA (z.B. Südamerika) EU (z.B. ECE·Staaten)

Für die USA Sind we,tere Testzyklen ,n der Elnfuhrungsphase: •

SC03' Zyklus und

•

USOS·Zyklus.

Abgasgesetzgebung

446

CARB-Gesetzgebung (Pkw/LOT)

CARB-Gesetzgebung (Pkw/LOT) Die Abgasgrenzwerte der kalifornischen Abgasgesetzgebung CARB (California Air Resources Board) für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge (LDT, Light-Duty Trucks) sind festgelegt in den Abgasnormen • LEV I und • LEV IL Die Norm LEV I gilt für Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge bis 6000 lb zulässigem Gesamtgewicht für die Modelljahre 1994 bis 2003. Ab Modelljahr 2004 wird die Norm LEV 11 für alle Neufahrzeuge bis zu einem zulässigen Gesamtgewicht von 8500 lb eingeführt. Grenzwerte Die CARB-Gesetzgebung legt Grenzwerte fest für • Kohlenmonoxid CO, • Stickoxide NOx, • NMOG (Nicht-Methanhaltige organische Gase), • Formaldehyd (nur LEV 11) sowie • Partikel PM (Diesel: LEV I und LEV 11; Otto: für LEV 11 geplant). ｾ

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Die Schadstoffemissionen werden im FTP 75-Fahrzyklus (Federal Test Procedure) ermittelt. Die Grenzwerte sind auf die Fahrstrecke bezogen und in Gramm pro Meile festgelegt. Abgaskategorien Der Automobilhersteller kann unterschiedliche Fahrzeugkonzepte einsetzen, die nach ihren Emissionswerten für NMOG-, CO-, NO x- und Partikelemissionen in folgende Abgaskategorien eingeteilt werden: • Tier 1, • TLEV (Transitional Low-Emission Vehicle), • LEV (Low-Emission Vehicle, d. h. Fahrzeuge mit niedrigen Abgas- und Verdunstungsemissionen), • ULEV (Ultra-Low-Emission Vehicle), • SULEV (Super U1tra-Low-Emission Vehicle), • ZEV (Zero-Emission Vehicle, d. h. Fahrzeuge ohne Abgas- und Verdunstungsemissionen) und • PZEV (Partial ZEV, entspricht im Wesentlichen SULEV, jedoch höhere Anforderungen bezüglich Verdunstungsemissionen und Dauerhaltbarkeit).

und Grenzwerte der CARB·Gesetzgebung fOr Pkw und LOT

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Meile

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Bild 1 ,) FUr Tier 1 gilt NMHCstatt NMOG-Grenzwert ') Grenzwerljeweils fUr , full usefull,!e' (10 Jahre/100000 Meilen bei LEV I bzw. 120000 Meilen bel LEVit)

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Tier 1

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Abgasgesetzgebung

Für LEV I sind die Kategorien Tier 1, TLEV, LEV und ULEV maßgebend. Bild 1 zeigt die Grenzwerte für NO x, CO, NMOG und PM für die verschiedenen Kategorien. Bild 2 stellt in einer Grafik die Grenzwerte für NO x und NMOG für die unterschiedlichen Emissionskategorien dar. Ab 2004 gilt die Abgasnorm LEV Ir. Die Kategorien Tier 1 und TLEV entfallen und es kommt SULEV mit deutlich niedrigeren Grenzwerten hinzu. Die Kategorien LEV und ULEV bleiben bestehen. Die CO- und NMOG-Grenzwerte sind gegenüber LEV I unverändert, der NOx-Grenzwert hingegen liegt für LEV II deutlich niedriger. Mit der LEV II-Norm werden zusätzlich Formaldehyd-Grenzwerte eingeführt.

Grafische Oatlliellung der Grenzw l1e tor die Abgas. kalegonen der CARS·Geselzgebung (Pkw/LDD

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9 Meile

CARS·Gesetzgebung (Pkw/LOD

Dauerhaltbarkeit

Für die Zulassung eines Fahrzeugtyps muss der Hersteller nachweisen, dass die in der Abgasgesetzgebung begrenzten Schadstoffemissionen die Grenzwerte über • 50000 Meilen oder 5 Jahre ("intermediate usefullife") bzw. • 100000 Meilen (LEV I) bzw. 120000 Meilen (LEV Ir) oder 10 Jahre ("full useful life") nicht überschreiten. Für Fahrzeuge der Abgaskategorie PZEV gelten 150000 Meilen oder 15 Jahre. Optional kann der Fahrzeughersteller die Fahrzeuge auch für eine Laufleistung von 150000 Meilen mit gleichen Grenzwerten wie für 120000 Meilen zertifizieren. Dann erhält er einen Bonus bei der Bestimmung des NMOG-Flottendurchschnitts (siehe Abschnitt "Flottendurchschnitt", nächste Seite). Der Hersteller muss für diese Dauerhaltbarkeitsprüfung zwei Fahrzeugflotten aus der Fertigung bereitstellen: • Eine Flotte, bei der jedes Fahrzeug vor der Prüfung 4000 Meilen gefahren sein muss. • Eine Flotte für den Dauerversuch, mit der im Dauerlauf die Verschlechterungsfaktoren der einzelnen Komponenten ermittelt werden. Für den Dauerversuch werden die Fahrzeuge über 50000 bzw. 100000 Meilen nach einem bestimmten Fahrprogramm gefahren. Im Abstand von 5000 Meilen werden die Abgasemissionen gemessen. Inspektionen und Wartungen dürfen nur in den vorgeschriebenen Intervallen erfolgen.

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Anwender der USA-Testzyklen (z. B. Schweiz) erlauben zur Vereinfachung auch die Anwendung von vorgegebenen Verschlechterungsfaktoren.

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447

448

Abgasgesetzgebung

CARB-Gesetzgebung (Pkw/LDT)

Phase-In Nach Einführung der LEV lI-Norm im Jahr 2004 müssen mindestens 25 % der neu zugelassenen Fahrzeuge nach dieser Norm zertifiziert sein. Die Phase-ln-Regelung sieht vor, dass jedes Jahr zusätzlich 25 % der Fahrzeuge dem LEV lI-Standard entsprechen müssen. Ab 2007 müssen alle Fahrzeuge nach LEV lI-Norm zugelassen werden.

Flottenverbrauch Der US-Gesetzgeber schreibt dem Autohersteller vor, wie viel Kraftstoff seine Fahrzeugflotte im Mittel verbrauchen darfbzw. wie viele Meilen mit einer Gallone Kraftstoff gefahren werden können. Der CAFE-Wert (Corporate Average Fuel Economy) liegt derzeit für Pkw bei 27,5 Meilen/Gallone. Das entspricht einem Verbrauch von 8,55 l/ 100 km. Für LDT gilt 20,3 Meilen/Gallone bzw. 11,6 1/100 km. Für schwere Nfz gibt es keine Werte. Am Ende eines Jahres wird für jeden Autohersteller aus den verkauften Fahrzeugen die mittlere "Fuel Economy" berechnet. Für jede 0,1 Meile/Gallone, die er den Grenzwert unterschreitet, müssen vom Hersteller pro Fahrzeug 5,50 $ Strafe an den Staat abgeführt werden. Für Fahrzeuge, die besonders viel Kraftstoff verbrauchen ("Gasguzzler", Spritsäufer), bezahlt der Käufer eine Strafsteuer. Der Grenzwert liegt bei 22,5 Meilen/Gallone (entspricht 10,45 1/100 km). Diese Maßnahmen sollen die Entwicklung von Fahrzeugen mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch vorantreiben. Zur Messung des Kraftstoffverbrauchs wird zusätzlich zum FTP 75-Testzyklus der Highway-Zyklus gefahren.

Flottendurchschnitt Jeder Fahrzeughersteller muss dafür sorgen, dass seine Fahrzeuge im Durchschnitt einen bestimmten Grenzwert für die Abgasemissionen nicht überschreiten. Als Kriterium werden hierfür die NMOG-Emissionen herangezogen. Der Flottendurchschnitt ergibt sich aus dem Mittelwert des NMOG-Grenzwerts aller von einem Fahrzeughersteller stammenden Fahrzeuge. Die Grenzwerte für den Flottendurchschnitt sind für Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge unterschiedlich. Die Grenzwerte für den NMOG-Flottendurchschnitt werden jedes Jahr herabgesetzt (Bild 3). Das bedeutet, dass der Fahrzeughersteller immer mehr Fahrzeuge der besseren oder saubereren Abgaskategorien herstellen muss, um den niedrigeren Grenzwert einhalten zu können. Die Phase-ln-Regelung hat auf den Flottendurchschnitt keinen Einfluss. Aoltendurchschnitt im Vergleich zum NMOG-Standard

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Pkw·Aottendurchschnltt (Iur Diesel· und Ottomotor)

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Abgasgesetzgebung

On-Board-Diagnose Mit der Einführung von OBD II (1994) müssen alle neu zugelassenen Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis 8500 lb (3,85 t) und bis zu 12 Sitzen über eine Diagnose verfügen, die solche Fehler erkennt, die sich auf das Abgasverhalten des Fahrzeugs auswirken. Die Abgasemissionen dürfen den 1,5fachen Wert des für das Fahrzeug geltenden Grenzwerts der Abgaskategorie nicht überschreiten. Andernfalls muss spätestens nach dem zweiten Fahrzyklus mit Fehler die Fehlerlampe eingeschaltet werden. Nach drei Fahrten ohne erkannten Fehler kann die Fehlerlampe wieder ausgeschaltet werden. Feldüberwachung

l icht roulmentäßigc überprüfung Für im Verkehr befindliche Fahrzeuge (InUse-Fahrzeuge) wird stichprobenartig eine Abgasemissionsprüfung nach dem FTP 75Testverfahren durchgeführt. Es werden nur Fahrzeuge mit Laufstrecken unter 50000 bzw. 75000 Meilen (je nach Art des Zertifizierungsverfahrens für die betroffenen Fahrzeuge) ausgewählt. Fahrzeugüberwachung durch den Hersteller Seit dem Modelljahr 1990 unterliegen die Fahrzeughersteller einem Berichtszwang hinsichtlich Beanstandungen bzw. Schäden an definierten Emissionskomponenten oder -systemen. Dieser Berichtszwang besteht über 5 bzw. 10 Jahre oder 50000 bzw. 100000 Meilen, je nach Garantiedauer des Bauteils bzw. der Baugruppe. Das Berichtsverfahren ist in die drei Berichtsstufen • Emissions Warranty Information Report (EWIR), • Field Information Report (FIR) und • Emission Information Report (EIR) mit jeweils ansteigender AussagedetailIierung angelegt. Dabei werden Informationen bezüglich

• • • •

CARB·Gesetzgebung (Pkw/LDn

Beanstandungen, Fehlerquoten, Fehleranalyse und Emissionsauswirkungen

an die Umweltbehörde weitergegeben. Der FIR dient der Behörde als Entscheidungsgrundlage für Recall-Zwänge (Rückruf) gegenüber dem Fahrzeughersteller. Emissionsfreie Fahrzeuge Ab 2003 müssen in Kalifornien 10 % der neu zugelassenen Fahrzeuge der Abgaskategorie ZEV (Zero-Emission Vehicle) zugeordnet werden. Diese Fahrzeuge dürfen im Betrieb keine Emissionen freisetzen. Es handelt sich deshalb vorwiegend um Elektroautos. Fahrzeuge der Abgaskategorie PZEV (Partial zero emission vehicles) sind nicht abgas frei, sie emittieren jedoch besonders wenig Schadstoffe. Der Anteil von 10 % an Fahrzeugen der Kategorie ZEV, die ab 2003 zugelassen werden müssen, kann auch mit PZEV abgedeckt werden. Diese Fahrzeuge werden je nach Emissionsminderungsaufwand mit einem Faktor 0,2 ... 1 gewichtet. Für den Mindestfaktor 0,2 müssen folgende Anforderungen erfüllt werden: • SULEV-Zertifizierung für eine Dauerhaltbarkeit von 150000 Meilen oder 15 Jahre. • Garantiedauer 150000 Meilen oder 15 Jahre auf alle emissionsrelevanten Teile. • Keine Verdunstungsemissionen aus dem Kraftstoffsystem (O-EVAP, zero evaporation); das wird durch eine aufwändige Kapselung des Tanksystems erreicht.

Besondere Bestimmungen gelten für Hybridfahrzeuge mit Diesel- und Elektromotor. Auch diese Fahrzeuge können einen Beitrag zu dieser lO%-Quote leisten.

449

450

Abg8sgeselzgebung

EPA·Gesetzgebung (Pkw/ LDT)

EPA-Gesetzgebung (Pkw/LOT) Die EPA-Gesetzgebung (Environment Protection Agency) gilt prinzipiell für die Bundesstaaten der USA, ausgenommen Kalifornien, wo die CARB-Gesetzgebung angewandt wird. Die Gesetze der EPA für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge (LDT, LightDuty Trucks) sind weniger streng als die von CARB. Den US-Bundesstaaten ist jedoch freigestellt, die CARB-Gesetzgebung anzuwenden. In einigen Bundesstaaten wie z. B. Maine, Massachusetts oder New York wurde dieser Schritt vollzogen. Grundlage hierfür ist der "Clean Air Act": ein Gesetz, das viele Maßnahmen zum Schutz der Umwelt vorsieht und globale Ziele vorgibt, jedoch keine Grenzwerte bestimmt. Für die EPA-Gesetzgebung gilt derzeit die Norm "Tier 1" (Stufe 1). Im Jahr 2004 tritt die nächste Stufe, Tier 2, in Kraft. NLEV (National Low Emission Vehicle) ist ein freiwilliges Programm der US-Bundesstaaten (mit Ausnahme Kalifornien), die Abgasgrenzwerte zu reduzieren. Die Fahrzeuge werden in die vier Emissionsklassen Tier 1, TLEV, LEV und ULEV eingeteilt. Wie in Kalifornien wird daraus auf der Basis der NMOG-Emissionen der Flottendurchschnitt berechnet. Mit Einführung der Abgasnorm Tier 2 ist das NLEV-Programm hinfällig. Grenzwerte

Die EPA-Gesetzgebung legt Grenzwerte fest für die Schadstoffe • Kohlenmonoxid (CO), • Stickoxide (NOx), • Nicht-Methanhaltige organische Gase (NMOG), • Formaldehyd (HCHO) und • Feststoffe (Partikel). Die Schadstoffemissionen werden im FTP 75-Fahrzyklus ermittelt. Die Grenzwerte sind auf die Fahrstrecke bezogen und in Gramm pro Meile angegeben.

Mit Einführung der Abgasnorm Tier 2 gelten für Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotoren die gleichen Abgasgrenzwerte. Abgaskategorien

Für die Norm Tier 1 gilt für jeden limitierten Schadstoff ein Grenzwert. Für Tier 2 (Bild 1) werden die Grenzwerte in 10 (Pkw) bzw. 11 (HLDT, schwere LDT) Emissionsstandards (Bin) aufgeteilt. Bin 9... 11 sind Interim-Bins, die nach 2007 wegfallen. Mit der Umstellung auf Tier 2 ergeben sich folgende Änderungen: • Einführung eines Flottendurchschnitts für NOx, • Formaldehyde (HCHO) werden als eigenständige Schadstoffe limitiert, • Pkw und leichte Trucks bis 6000 lb (2,72 t) werden zu einer Fahrzeugklasse zusammengefasst, • zusätzliche Fahrzeugkategorie MDPV (Medium Duty Passenger Vehicle, bisher HDV zugeordnet), • Full Useful Life wird auf 120000 Meilen (192000 km) erhöht. Phase-In

Nach Einführung von Tier 2 im Jahr 2004 müssen mindestens 25 % der neu zugelassenen Pkw und LLDT (leichte LDT) nach dieser Norm zertifiziert sein. Die Phase-InRegelung sieht vor, dass jedes Jahr zusätzlich 25% der Fahrzeuge dem Tier 2-Standard entsprechen müssen. Ab 2007 dürfen nur noch Fahrzeuge nach Tier 2-Norm zugelassen werden. Für HLDT/MDPV ist das Phase-In im Jahr 2009 beendet. Flottendurchschnitt

Für den Flottendurchschnitt eines Fahrzeugherstellers werden im Bereich der EPAGesetzgebung die NOx-Emissionen herangezogen. Darin unterscheidet sich die Berechnung von den CARB-Bestimmungen, die für den Flottendurchschnitt die NMOGEmissionen zugrunde legt.

Abgasgesetzgebung

Flottenverbrauch

EPA·Gesetzgebung (Pkw/LDT)

hoher Laufleistung (50000 Meilen, mindestens aber ein Fahrzeug pro Testgruppe mit 75000/90000 Meilen, ca. vier Jahre alt) getestet. Die Anzahl der Fahrzeuge ist abhängig von der Verkaufsstückzahl.

Für die in den USA zugelassenen Neufahrzeuge gelten die gleichen Vorschriften zur Bestimmung des Flottenverbrauchs wie in Kalifornien. Für Pkw gilt auch hier der Grenzwert von 27,5 Meilen/Gallone (8,55 11100 km), ab der der Fahrzeughersteller eine Strafsteuer entrichtet; und es gilt der Grenzwert von 22,5 Meilen/Gallone, ab der der Käufer eine Strafsteuer bezahlt.

Fahrzeugüberwachung durch den Hersteller Seit dem Modelljahr 1972 unterliegen die Hersteller einem Berichtszwang hinsichtlich Schäden an definierten Emissionskomponenten oder -systemen. Dieser Berichtszwang besteht dann, wenn mindestens 25 gleichartige emissionsrelevante Teile eines Modelljahres einen Defekt aufweisen. Er endet nach Ablauf von fünf Jahren nach Modelljahresende. Die Berichtsform umfasst neben der Benennung der relevanten Komponenten auch eine Schadensbeschreibung, Wirkungsweise auf die Abgasemissionen sowie Angaben der Abhilfemaßnahmen durch den Hersteller. Der Bericht dient der Umweltbehörde als Entscheidungsgrundlage für Recall-Zwänge gegenüber dem Hersteller.

OBO Die On-Board-Diagnose, die abgasrelevante Fehler entdeckt, entspricht bei der EPAGesetzgebung im Wesentlichen den Anforderungen der CARB. Feldüberwachung

Nicht routinemäßige überprüfung Die EPA-Gesetzgebung sieht wie die CARBGesetzgebung für im Verkehr befindliche Fahrzeuge (In-Use-Fahrzeuge) eine stichprobenartig Abgasemissionsprüfung nach dem FTP 75-Testverfahren vor. Es werden Fahrzeuge mit niedriger Laufleistung (10000 Meilen, ca. ein Jahr alt) und mit

Abgasgrenzwerte Tier 2 fOr dIe EPA·Gesetzgebung (Pkw) im Vergleich zu den CARB-Grenzwerten

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451

452

Abgasgeselzgebung

EU-Gesetzgebung (Pkw/LDT)

EU-Gesetzgebung (Pkw/LOT) Die Richtlinien der europäischen Abgasgesetzgebung werden von der EU-Kommission festgelegt. Die Abgasgrenzwerte für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge (LDT, Light-Duty Trucks) sind enthalten in den Abgasnormen • EURO I (ab 1. Juli 1992), • EURO 11 (ab 1. Januar 1996), • EURO III (ab 1. Januar 2000) und • EURO IV (zukünftig ab 1. Januar 2005). Eine neue Abgasnorm wird üblicherweise in zwei Stufen eingeführt. In der ersten Stufe müssen neu zertifizierte Fahrzeugtypen die neu definierten Abgasgrenzwerte einhalten (TA, Type Approval, Typzertifizierung). In der zweiten Stufe - üblicherweise ein Jahr später - muss jedes neu zugelassene Fahrzeug die neuen Grenzwerte einhalten (FR, First Registration, Erstzulassung). Der Gesetzgeber kann Serien fahrzeuge auf die Einhaltung der Abgasgrenzwerte überprüfen (COP, Conformity of Production, Übereinstimmung der Produktion). Für die Stufen EURO I und EURO 11 konnten die einzelnen EU-Mitgliedstaaten die Richtlinien in ein nationales Recht übernehmen. Für Deutschland wurden so die Stufen D 3 und D 4 geschaffen. Die Grenzwerte für die D 3-Norm waren strenger als die EURO lI-Werte. Deutschland spielte damit innerhalb der EU eine Vorreiterrolle. Seit dem In-Kraft-Treten der Stufe EURO III am 1. Januar 2000 gelten in den Mitgliedstaaten der Europäischen Union nicht mehr die nationalen Richtlinien, sondern nur noch die EURO-Normen. Zum 1. Januar 2005 tritt die Stufe EURO IV in Kraft. In Deutschland gibt es abhängig von der Abgasnorm unterschiedliche Sätze für die Kfz-Steuer. Die EU-Richtlinien erlauben "Tax incentives" (Steueranreiz), wenn Abgasgrenzwerte erfüllt werden, bevor sie zur "Pflicht" werden.

Grenzwerte Die EURO-Normen legen Grenzwerte für folgende Schadstoffe fest: • Kohlenmonoxid CO, • Kohlenwasserstoffe HC, • Stickoxide NO x und • Partikel, vorerst jedoch nur für Dieselfahrzeuge. Die zulässigen Grenzwerte werden auf die zurückgelegte Fahrstrecke bezogen und in Gramm pro Kilometer (g/km) angegeben (Bild 1). Gemessen werden die Abgaswerte auf dem Fahrzeug-Rollenprüfstand, wobei seit EURO III der MNEFZ (Modifizierter Neuer Europäischer Fahrzyklus) gefahren wird. Bei diesem Abgastest werden die Abgase auch während des Startvorgangs gemessen. Zuvor wurde der Startvorgang nicht berücksichtigt, die Messung setzte erst nach einem Vorlauf von 40 Sekunden ein. Die Grenzwerte sind für Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotoren unterschiedlich, sie sollen jedoch in Zukunft harmonisiert werden. Die Grenzwerte für LDT sind nicht einheitlich. Es gibt drei Klassen (1...3), in die die LDT abhängig vom Fahrzeug-Bezugsgewicht (Leergewicht + 100 kg) eingeteilt sind. Die Grenzwerte der Klasse 1 entsprechen denen der Pkw.

Abgasgesetzgebung

EU·Gesetzgebung (Pkw/LDD

Typprüfung

Typ-Tests

Die Typprüfung erfolgt ähnlich wie in den USA, mit folgenden Abweichungen: Es werden die Schadstoffe HC, CO, NO x und für Dieselfahrzeuge die Partikel und die Abgastrübung gemessen. Die Einlaufstrecke des Prüffahrzeugs vor Testbeginn beträgt 3000 km. Die auf das Testergebnis anzuwendenden Verschlechterungsfaktoren sind für jede Schadstoffkomponente gesetzlich vorgegeben; alternativ können kleinere Faktoren im Zuge eines spezifizierten Dauerlaufs über 80000 km (ab EURO IV: 100000 km) vom Fahrzeughersteller nachgewiesen werden. Die festgelegten Grenzwerte müssen für eine Lautleistung von 80000 km (EURO III) bzw. 100000 km (EURO IV) oder 5 Jahre eingehalten werden. Diese Forderung ist Bestandteil des Zertifizierungstests.

In dieser Richtlinie sind sechs unterschiedliche Tests festgelegt. Bei Dieselfahrzeugen kommen davon der Typ I-Test und der Typ V-Test zur Anwendung. Mit dem Typ I-Test werden die Auspuffemission nach dem Kaltstart ermittelt. Bei Dieselfahrzeugen wird zusätzlich die Trübung des Abgases erfasst. Neu zugelassene Fahrzeuge müssen derzeit den Anforderungen von EURO III genügen, einige Fahrzeuge erfüllen aber schon die Grenzwerte für EURO IV (verbindlich ab 2005). Mit dem Typ V-Test wird die Dauerhaltbarkeit der emissionsmindernden Einrichtungen überprüft. Dabei kann eine bestimmte Testsequenz durchgeführt werden oder alternativ vom Gesetzgeber festgelegte Verschlechterungsfaktoren benutzt werden.

Richtlinien

Grundlage der Abgasgesetzgebung für Pkw/LDT ist die Richtlinie 70/220/EG, eine Richtlinie aus dem Jahr 1970. Diese Richtlinie legte zum ersten Mal Grenzwerte für die Abgasemissionen fest. Sie wird seitdem immer wieder aktualisiert. EU·Grenzwerte für Pkw mrt Dieselmotor

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453

454

Abgasgeselzgebung

EU·Gesetzgebung (Pkw/LDT)

CO 2 -Emission

Für die in den EU-Staaten neu zugelassenen Fahrzeuge müssen die COz-Emissionen in Gramm pro Kilometer angegeben werden. Zur Begrenzung dieser Emissionen und damit des Kraftstoffverbrauchs gibt es keine gesetzlich festgelegten Grenzwerte, es besteht jedoch eine freiwillige Selbstverpflichtung der Fahrzeughersteller (ACEA, Association des Constructeurs Europeens d'Automobiles). Ziel ist ein COz-Ausstoß von 140 g/km (5,8 l!100 km) im Jahr 2008 für Fahrzeuge der Klasse MI. Im Jahr 2003 soll als Zwischenziel der CO 2-Ausstoß 165 ... 170 g/km betragen - das entspricht einem Kraftstoffverbrauch von 6,8 ... 7,01/100 km. In Deutschland werden derzeit Fahrzeuge mit besonders niedrigen COrEmissionen steuerlich entlastet On-Board-Diagnose

Mit der Einführung der Abgasnorm EURO III wurde die EOBD (Europäische On-Board-Diagnose) für Ottomotoren eingeführt. Damit müssen alle neu zugelassenen Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis 3,5 t und bis zu 9 Sitzen über eine Diagnose verfügen, die im Fahrzeug solche Fehler erkennt, die sich auf das Abgasverhalten des Fahrzeugs auswirken. Für Fahrzeuge mit Dieselmotoren gilt die EOBD ab dem 1. 1.2003. Als Fehlerschwellen sind für die Schadstoffkomponenten folgende absoluten Emissionsgrenzwerte festgelegt: • Kohlenmonoxid CO: 3,2 g/km, • Kohlenwasserstoffe HC: 0,4 g/km, • Stickoxide NOx: 0,6 g/km (Otto) bzw. 2 g/km (Diesel), • Partikel: 0,18 g/km (Diesel). Werden Fehler diagnostiziert, die zum Überschreiten dieser Grenzwerte führen, muss spätestens nach dem dritten Fahrzyklus mit Fehler die Fehlerlampe eingeschaltet werden. Die seit der Fehleranzeige gefahrene Wegstrecke wird im Steuergerät gespeichert

Nach drei Fahrten ohne erkannten Fehler kann die Fehlerlampe wieder ausgeschaltet werden. Feldüberwachung

Die EU-Gesetzgebung sieht eine Überprüfung der Konformität von in Betrieb befindlichen Fahrzeugen im Typ I-Test vor. Die Mindestzahl der zu überprüfenden Fahrzeuge beträgt drei, die Höchstzahl hängt vom Prüfverfahren ab. Das zu überprüfende Fahrzeug muss bestimmte Kriterien erfüllen: • Es muss zu einem Fahrzeugtyp gehören, für den die Typgenehmigung nach vorgegebenen Richtlinien erteilt wurde und für das eine Konformitätsbescheinigung vorliegt • Die Laufleistung bzw. das Fahrzeugalter muss zwischen 15000 km/6 Monaten und 80000 km/5 Jahren (seit EURO III, 2000) bzw. 100000 km (ab EURO IV, 2005) liegen. • Die regelmäßigen Inspektionen nach den Herstellerempfehlungen müssen nachgewiesen werden. • Das Fahrzeug darf keine Anzeichen von außergewöhnlicher Benutzung (wie z. B. Manipulationen, größere Reparaturen o.Ä.) aufweisen. Fällt ein Fahrzeug durch stark abweichende Emissionen auf, so ist die Ursache für die überhöhte Emission festzustellen. Weist mehr als ein Fahrzeug aus der Stichprobe aus dem gleichen Grund erhöhte Emissionen auf, gilt für die Stichprobe ein negatives Ergebnis. Bei unterschiedlichen Gründen wird die Probe um ein Fahrzeug erweitert, sofern die maximale Proben größe noch nicht erreicht ist

Abgasgesetzgebung

Ist die Typgenehmigungsbehörde davon überzeugt, dass ein Fahrzeugtyp die Anforderungen nicht erfüllt, so fordert sie den Fahrzeughersteller auf, einen Plan für Maßnahmen zur Beseitigung der Mängel zu erstellen. Die Maßnahmen müssen sich auf alle Fahrzeuge beziehen, die vermutlich denselben Defekt haben. Zum MaßnahmenBeseitigungsplan gehört gegebenenfalls auch eine Rückrufaktion. Periodische Abgasuntersuchung AU

In der Bundesrepublik Deutschland müssen Pkw und leichte Nfz drei Jahre nach der Erstzulassung und dann alle zwei Jahre zur Abgasuntersuchung. Bei Fahrzeugen mit Ottomotor steht die CO-Messung im Vordergrund, bei Dieselfahrzeugen die Trübungsmessung.

Japan-Grenzwerte (ur Diesel- Pkw

455

EU-Gesetzgebung (Pkw/LOT), Japan-Gesetzgebung (Pkw/LOT)

Japan- Gesetzgebung

(Pkw/LOT)

In Japan werden die heute gültigen Emissionsgrenzwerte Ende 2002 durch strengere Grenzwerte ersetzt. Für 2005 ist eine weitere Versdi'ärfung der Grenzwerte geplant. Neben den Personenkraftwagen (bis 10 Personen) existieren in Japan noch die Fahrzeugklassen LDV (Light -Duty Vehicle) bis 1,7 t und MDV (Medium-Duty Vehicle) bis 2,5 t zulässigem Gesamtgewicht. Für die MDV gelten gegenüber den anderen beiden Fahrzeugklassen etwas höhere Grenzwerte für NO x und Partikel. Grenzwerte

Die japanische Gesetzgebung legt Grenzwerte für folgende Schadstoffe fest: • Kohlenmonoxid (CO), • Stickoxide (NOx), • Kohlenwasserstoffe (HC), • Partikel (nur für Dieselfahrzeuge), • Rauch (nur für Dieselfahrzeuge). Die Schadstoffemissionen werden im 10' 15-Mode-Test ermittelt. In Diskussion ist ein modifizierter 10· 15-Mode-Test mit Kaltstart, der 2005 eingeführt werden soll.

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OBO Ab 10.2000 müssen alle neuen Pkw-Modelle und ab 9.2002 alle neuen Pkw über ein OBD-System verfügen. Notwendige Funktionen der Japan-OBD sind u. a. die Überwachung des Kraftstoffsystems, der Abgasrückführung und des Einspritzsystems.

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In Japan sind Maßnahmen zur Reduzierung der COrEmissionen von Pkw geplant. Ein Vorschlag sieht eine Festschreibung des mittleren Kraftstoffverbrauchs der gesamten Pkw-Flotte auf 33,5 Meilen/Gallone für das Jahr 2010 vor. Bei einem weiteren Vorschlag richtet sich dieser Wert nach dem Fahrzeuggewicht.

Bild 1

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456

Abgasgesetzgebung

USA· Gesetzgebung (Nkw)

USA- Gesetzgebung (Nkw)

festgelegt. Die zulässigen Grenzwerte werden auf die Motorleistung bezogen und in glkW· h angegeben, Die Emissionen werden am Motorprüfstand im dynamischen Testzyklus mit Kaltstart (HDTC, Heavy-Duty Transient Cycle) ermittelt, die Abgastrübung im Federal-Smoke-Test. Bis 2003 sind die Grenzwerte des Modelljahrs 1998 vorgeschrieben. Im gleichen Zeitraum läuft auch ein freiwilliges Programm ("Clean Fuel Fleet Program"), in dem durch die Einhaltung niedrigerer Emissionsstandards Steuervergünstigungen erzielt werden können. Ab Modelljahr 2004 tritt die nächste Grenzwertstufe mit deutlich reduzierten NOx-Grenzwerten in Kraft. Die Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe und Stickoxide werden als Summenwert (NMHC + NO x) zusammengefasst. Die CO- und Partikel-Grenzwerte bleiben auf dem Niveau des Modelljahrs 1998. Eine weitere, sehr drastische Grenzwertverschärfung greift ab dem Modelljahr 2007. Die neuen NO x- und Partikelgrenzwerte sind um den Faktor 10 niedriger als die Vorgängerwerte. Sie sind ohne Abgasnachbehandlungsmaßnahmen (z. B. NOx-Katalysator oder Partikelfilter) nicht erreichbar.

Schwere Nutzfahrzeuge sind in der EPAGesetzgebung als Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 8500 lb definiert (entspricht 3850 kg). Mit der Einführung von Tier 2 (ab 2004) werden Fahrzeuge zwischen 8500 und 10000 lb für den Personentransport (MDPV, Medium Duty Passen ger Vehicle) den leichten Nutzfahrzeugen zugeordnet und dementsprechend auf dem Rollenprüfstand zertifiziert. In Kalifornien sind alle Fahrzeuge über 14000 lb (entspricht 6350 kg) schwere Nutzfahrzeuge. Die kalifornische Gesetzgebung entspricht in wesentlichen Teilen der EPAGesetzgebung, es existiert jedoch ein Zusatzprogramm für Stadtbusse. Grenzwerte In den US-Normen sind für Dieselmotoren Grenzwerte für • Kohlenwasserstoffe (HC), • teilweise NMHC, • Kohlenmonoxid (CO), • Stickoxide (NOx), • Partikel und die • Abgastrübung Emissionsgeselzgebung Diesel·Nkw : EU, USA, Japan

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Abgasgesetzgebung

Für die NO x- und NMHC-Grenzwerte gilt eine schrittweise Einführung (Phase-In) zwischen Modelljahr 2007 und 2010. Um die Einhaltung der strengen Emissionvorschriften zu ermöglichen, wird der maximal zulässige Schwefelgehalt im Dieselkraftstoff ab Mitte 2006 von derzeit 500 ppm auf 15 ppm reduziert. Bei schweren Nutzfahrzeugen sind - im Gegensatz zu Pkw und LOT - keine Grenzwerte für die durchschnittlichen Flottenemissionen und den Flottenverbrauch vorgeschrieben. Consent Decree Im Jahr 1998 wurde zwischen EPA, CARB und mehreren Motorherstellern eine gerichtliehe Einigung erzielt, die eine Bestrafung der Hersteller wegen unerlaubter verbrauchsoptimaler Motoranpassung im HighwayFahrbetrieb und damit erhöhter NO x-Emission beinhaltete. Hauptelemente des "Consent Decree" sind: • Die betroffenen Motorhersteller müssen die Grenzwerte des Modelljahrs 2004 schon vorgezogen ab Oktober 2002 erfüllen. • Die Emissionsgrenzwerte müssen zusätzlich zum dynamischen Testzyklus auch im stationären europäischen 13-Stufentest unterschritten werden. Zudem dürfen die Emissionen innerhalb eines vorgegebenen Drehzahl-/Drehmomentbereichs ("Notto-Exceed"-Zone) bei beliebiger Fahrweise nur 25 % über den Grenzwerten von Modelljahr 2004 liegen. Diese zusätzlichen Tests sind ab Modelljahr 2007 für alle Diesel-Nkw vorgeschrieben. Dauerhaltbarkeit Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte muss über eine vorgegebene Fahrstrecke oder eine bestimmte Zeitdauer nachgewiesen werden. Dabei werden drei Gewichtsklassen mit zunehmenden Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit unterschieden:

USA-Gesetzgebung (Nkw), EU-Gesetzgebung (Nkw)

• leichte Nkw von 8500 (EPA) bzw. 14000 (CARB) bis 19500 Ib, • mittelschwere Nkw von 19500 bis 33000lb und • schwere Nkw über 33000 Ib. Bei schweren Nkw muss derzeit beispielsweise eine Emissions-Dauerhaltbarkeit von 8 Jahren oder 290000 Meilen nachgewiesen werden. Ab dem Modelljahr 2004 steigt die Anforderung auf l3 Jahre oder 435 000 Meilen.

EU-Gesetzgebung (Nkw) In Europa zählen zu den schweren Nutzfahrzeugen alle Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 3500 kg und einem Transport von mehr als 9 Personen. Die Emissionsvorschriften sind in der Richtlinie 88/77/EWG festgelegt, die laufend aktualisiert wird. Wie bei Pkw und leichten Nutzfahrzeugen werden auch bei schweren Nutzfahrzeugen neue Grenzwertstufen in zwei Schritten eingeführt. Im Rahmen der Typgenehmigung (TA, Type Approval) müssen zunächst neue Motortypen die neuen Emissionsgrenzwerte einhalten. Ein Jahr später ist die Einhaltung der neuen Grenzwerte Voraussetzung für die Erteilung der Fahrzeugzulassung. Die Übereinstimmung der Produktion (COP, Conformity of Production) kann vom Gesetzgeber überprüft werden, indem Motoren aus der anlaufenden Serie entnommen und auf die Einhaltung der neuen Abgasgrenzwerte hin getestet werden. Grenzwerte In den EURO-Normen sind für Nkw-Dieselmotoren Grenzwerte für Kohlenwasserstoffe (HC), teilweise NMHC, Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Partikel und die Abgastrübung festgelegt. Die zulässigen Grenzwerte werden auf die Motorleistung bezogen und in g/kW . hangegeben.

457

Abgasgesetzgebung

458

EU·Geselzgebung (Nkw)

Die Grenzwertstufe EURO III gilt seit Oktober 2000 für alle neu zertifizierten Motortypen und seit Oktober 2001 auch für alle Serienfahrzeuge. Die Emissionen werden im stationären 13-Stufentest (ESC, European Steady-State Cyde) ermittelt, die Abgastrübung in einem zusätzlichen Trübungstest (ELR, European Load Response) . Dieselmotoren, die mit "fortschrittlichen Systemen" zur Abgasnachbehandlung (z. B. NO xKatalysator oder Partikelfilter ) ausgerüstet sind, müssen darüber hinaus bereits im dynamischen ETC (European Transient Cyde) getestet werden. Die europäischen Testzyklen werden mit warmem Motor gestartet. Bei kleinen Motoren, d. h. Motoren mit einem Hubraum unter 0,75 I pro Zylinder und einer Nenndrehzahl über 3000 min- 1, sind etwas höhere Partikelemissionen zugelassen als bei großen Motoren. Für den ETC gelten eigene Emissionsgrenzwerte, beispielsweise sind die Partikelgrenzwerte - wegen der zu erwartenden Rußspitzen im dynamischen Betrieb - ungefähr 50 % höher als die ESC-Grenzwerte.

Ab Oktober 2005 tritt die Grenzwertstufe EURO IV zunächst für Neuzertifizierungen in Kraft, ein Jahr später auch für die Serienproduktion. Gegenüber EURO III werden alle Grenzwerte deutlich reduziert, am größten ist die Verschärfung bei den Partikelgrenzwerten mit ungefähr 80 %. Mit der Einführung von EURO IV ergeben sich zudem folgende Änderungen: • Der dynamische Abgastest (ETC) gilt - neben dem ESC und ELR - verbindlich für alle Dieselmotoren. • Alle neue Fahrzeugtypen müssen mit einem On-Board-Diagnose-System (OBD) ausgestattet sein. • Die Funktion emissions relevanter Bauteile muss während der Lebensdauer des Fahrzeugs nachgewiesen werden. Die Grenzwertstufe EURO V wird ab Oktober 2008 für alle neu zertifizierten Motortypen eingeführt, ein Jahr später auch für die Serienproduktion. Gegenüber EURO IV werden allein die NOx-Grenzwerte verschärft. Damit beträgt die Verringerung der NOx-Grenzwerte im Vergleich zu den EURO III-Standards wie bei den Partikelgrenzwerten ca_80 %.

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Abgasgesetzgebung

Besonders umweltfreundliche Fahrzeuge

Die EU-Richtlinien erlauben steuerliche Anreize für die vorzeitige Erfüllung der Grenzwerte einer Grenzwertstufe und für EEV-Fahrzeuge (Enhanced Environmentally Friendly Vehicle). Unter der Kategorie EEV sind freiwillige Grenzwerte für die Abgastests ESC, ETC und ELR festgeschrieben. Die NO x- und Partikel-Grenzwerte ensprechen den ESC-Grenzwerten von EURO V. Die Standards für HC, NMHC, CO und die Abgastrübung sind strenger als die von EURO V.

Japan-Gesetzgebung (Nkw) In Japan sind schwere Nutzfahrzeuge alle Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 2500 kg und einem Transport von mehr als 10 Personen. Grenzwerte

Die derzeit in Japan gültige Grenzwertstufe wurde zwischen 1997 und 1999 eingeführt. Sie schreibt Grenzwerte für HC, NO x, CO, Partikel und die Abgastrübung vor. Die Emissionen werden im stationären japanischen 13-Stufentest (Warmtest) ermittelt, die Abgastrübung im japanischen Rauchtest. Die Dauerhaltbarkeit der Emissionen muss über eine Fahrstrecke von 45000 km nachgewiesen werden. Ab Oktober 2003 gilt die neue Grenzwertstufe ("New Short-Term Regulation") mit reduzierten Emissionsgrenzwerten und erhöhten Anforderungen an die Dauerhaltbarkeit der Emissionen (80000 .. .650000 km je nach zulässigem Gesamtgewicht). Entsprechend einer Selbstverpflichtung der japanischen Motorhersteller soll bereits ein Motortyp pro Hersteller mit dem Partikelgrenzwert der nächsten Grenzwertstufe zertifiziert werden.

EU'Gesetzgebung (Nkw), Japan·Gesetzgebung (Nkw)

Die "New Long-Term Regulation" tritt voraussichtlich ab Oktober 2005 in Kraft. Die Vorschriften sind noch nicht verabschiedet. Generell ist eine Halbierung der Emissionen gegenüber 2003 vorgesehen, für die Partikelwerte sogar eine Reduzierung um 75 %. Für diese Grenzwertstufe wird zusätzlich die Einführung eines dynamischen japanischen Testzyklus diskutiert. Regionale Programme

Neben den landesweit gültigen Vorschriften für Neufahrzeuge gibt es regionale Vorschriften für den Fahrzeugbestand, mit dem Ziel, die Emissionen im Feld durch Ersetzen oder Nachrüsten alter Dieselfahrzeuge zu senken. Das "Vehicle NO x Law" gilt ab 2003 u. a. im Großraum Tokio für Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 3500 kg. Die Vorschrift besagt, dass 8... 12 Jahre nach der Erstregistrierung des Fahrzeugs die NO x- und Partikelemissionen der jeweils vorhergehenden Grenzwertstufe erfüllt werden müssen (z. B. die 1998-Grenzwerte ab 2003). Nach dem gleichen Prinzip arbeitet die Partikel-Gesetzgebung der Stadtregierung in Tokio; diese Vorschrift für die Partikelemissionen tritt allerdings schon 7 Jahre nach Erstregistrierung des Fahrzeugs in Kraft.

459

460

Abgasgesetzgebung

USA-Testzyklen für Pkw und LDT

U SA-Testzyklen für Pkw und LOT FTP 75-Testzyklus

Die Fahrkurve des FTP 75-Testzyklus (Federal Test Procedure) mit drei Testabschnitten setzt sich aus Geschwindigkeitsverläufen zusammen, die in den USA auf den Straßen von Los Angeles während des morgendlichen Berufsverkehrs tatsächlich gemessen wurden (Bild 1a). Konditionierung Nach entsprechender Konditionierung (Abstellen des Fahrzeugs für 12 Stunden bei einer Raumtemperatur von 20 .. . 30°C) wird das zu prüfende Fahrzeug gestartet und die vorgegebene Fahrkurve nachgefahren. ammeln der had tofre Die emittierten Schadstoffe werden während verschiedener Phasen getrennt gesammelt.

Auswertung Die Beutelproben der vorhergehenden Phasen werden in der Pause vor dem Heißtest analysiert, da die Proben nicht länger als 20 Minuten in den Beuteln verbleiben sollten. Nach dem Abschluss des Fahrzyklus wird die Abgasprobe des dritten Beutels ebenfalls analysiert. Für das Gesamtergebnis werden die Einzelergebnisse der drei Phasen mit den Faktoren 0,43 (ct-Phase), Faktor 1 (s-Phase) und Faktor 0,57 (ht-Phase) gewichtet. Die aus allen drei Beuteln gewichtet aufsummierten Schadstoffmassen (HC, CO und NO x) werden auf die im Test zurückgelegte Fahrstrecke bezogen und als Schadstoffausstoß pro Meile ausgegeben. Dieser Testzyklus wird außer in den USA einschließlich Kalifornien auch noch in anderen Staaten (z. B. Südamerika) angewandt. SFTP-Testzyklen

Phase ct: Sammeln des verdünnten Abgases während der kalten übergangsphase im Beutel 1 der Prüfanlage für den CVS-Test. Phase s: Umschalten der Probennahme auf Beutel 2 zu Beginn der stabilisierten Phase (nach 505 Sekunden), ohne Unterbrechen des Fahrprogramms. Am Ende der s-Phase, nach insgesamt 1365 Sekunden, wird der Motor für 600 Sekunden abgestellt. Phase ht: Der Motor wird zum Heißtest, dessen Geschwindigkeitsverlauf mit dem der kalten übergangsphase (Phase ct) übereinstimmt, erneut gestartet. Währenddessen wird das Abgas in einem dritten Beutel gesammelt.

Die Prüfungen nach dem SFTP-Standard werden stufenweise zwischen 2001 und 2004 eingeführt. Sie setzen sich aus folgenden Fahrzyklen zusammen: • dem FTP 75-, • dem SC03- und • dem US06-Zyklus. Mit den erweiterten Tests sollen folgende zusätzlichen Fahrzustände überprüft werden (Bild 1b, cl : • aggressives Fahren, • starke Geschwindigkeitsänderungen, • Motorstart und Anfahrt, • Fahrten mit häufigen, geringen Geschwindigkeitsänderungen, • Abstellzeiten und • Betrieb mit Klimaanlage.

Abgasgesetzgebung

Beim se03- und US06-Zyklus wird nach der Vorkonditionierung jeweils die ct -Phase des FTP 75-Zyklus gefahren, ohne die Abgase zu sammeln. Es sind aber auch andere Konditionierungen möglich. Der Se03-Zyklus wird bei 35 oe und 40 % relativer Luftfeuchte gefahren (nur Fahrzeuge mit Klimaanlage). Die einzelnen Fahrzyklen werden folgendermaßen gewichtet: • Fahrzeuge mit Klimaanlage: 35 % FTP 75 + 37 % Se03 + 28 % US06 • Fahrzeuge ohne Klimaanlage: 72 % FTP 75 + 28 % US06. Der SFTP- und der FTP 75-Testzyklus müssen unabhängig voneinander bestanden werden.

461

USA·Testzyklen für Pkw und LDT

Testzyklen zur Ermittlung des Flottenverbrauchs

Jeder Fahrzeughersteller muss seinen Flottenverbrauch ermitteln. Überschreitet ein Hersteller bestimmte Grenzwerte, muss er Strafabgaben entrichten. Unterhalb bestimmter Grenzwerte erhält er einen Bonus. Der Kraftstoffverbrauch wird aus den Abgasen zweier Testzyklen ermittelt: dem FTP 75-Testzyklus (55 %) und dem Highway-Testzyklus (45 %). Der Highway-Testzyklus wird nach der Vorkonditionierung (Abstellen des Fahrzeugs für 12 Stunden bei 20 ... 30°C) einmal ohne Messung gefahren. Anschließend werden die Abgase eines weiteren Durchgangs gesammelt. Aus den Emissionen wird dann der Kraftstoffverbrauch hochgerechnet.

USA·Testzyklen 'Or Pkw und leichte Nkw

5 .76 km

12.87 km

t 6,44 km

594 s

600s

7658

34,1 kmIh

34,9 kmlh

77,3 kmIh

77,4 kmlh

Maximale Zyklusgeschwindigkeit:

91 ,2 kmlh

88,2 kmIh

129,2 kmlh

94,4 kmIh

cI·Phase"

s-Phase"

Moloraus

5055

8605

6005

Zykluslänge:

'7,87 km

Zyklusdauer:

1877 s

Mittlere Zyklusgeschwindigkeit:

+

600 s Pause

ｾｨｮ

b

5055

ｱ＠

Molorau5

6005

cl · Phase"

ｾｃｬｏ＠

SC03

5955

I Bild 1 " ct Ubergangsphase s stabihsierte Phase

5945 d kmlh

., ｾ＠

§

5055

905

6005

•

ht HelBtest

7655

ｾ＠

=

Phasen, in denen das Abgas

gesammelt Wird Konditionierung (auch andere Fahr· zyklen Sind möglich)

462

Abgasgesetzgebung

Europäischer Testzyklus für Pkw und LDT

Europäischer Testzyklus für Pkw und LOT Der EU-/ECE-Testzyklus (Economic Commission of Europe) - auch als Europäischer Fahrzyklus bezeichnet - wird mit einer Fahrkurve (Bild 1) gefahren, die Fahrten im Innenstadtverkehr in guter Näherung simuliert (UDC, Urban Driving Cyde). 1993 wurde der Zyklus um einen außerstädtischen Anteil mit Geschwindigkeiten bis zu 120 km/h ergänzt (EUDC, Extra Urban Driving Cyde). Der aus diesen Zyklen zusammengesetzte Testzyklus wird auch als NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) oder NEDC (New European Driving Cyde) bezeichnet. Mit der Stufe EURO III (2000) ist der Vorlauf von 40 Sekunden bis zum Beginn der Abgasmessung entfallen (MNEFZ, Modifizierter NEFZ). Damit wird mit der Messung auch der Kaltstart erfasst.

Konditionierung

Für die Abgasprüfung muss das Fahrzeug bei einer definierten Temperatur mindestens 6 Stunden abgestellt sein. Die Temperatur liegt derzeit bei 20 ... 30 oe. Innerstädtischer Zyklus

Der innerstädtische Zyklus besteht aus vier gleichen Abschnitten von jeweils 195 Sekunden, die ohne Pause durchfahren werden. Die Wegstrecke beträgt 4,052 km, daraus ergibt sich eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 18,7 km/ho Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 50 km/ho Außerstädtischer Zyklus

Im Anschluss an den innerstädtischen Zyklus folgt eine Fahrt mit Geschwindigkeiten bis zu 120 km/ho Dieser Teil dauert 400 Sekunden, die Wegstrecke entspricht 6,955 km. Auswertung

MNEFZ (EU·/ ECE·Teslzyklus) für Pkw und leichte Nkw

Zykluslänge:

11 km

Zyklusdauer:

1220s

Mittlere Geschwindigkeit :

32,5 kmIh

Maximale Geschwindigkeit:

120 kmIh

Während der Messung wird Abgas nach der CVS-Methode in einem Beutel gesammelt. Die durch die Analyse des Beutelinhalts ermittelten Schadstoffmassen werden auf die Wegstrecke umgerechnet.

Abgasgesetzgebung

Japan-Testzyklus tür Pkw und LOT

Japan-Testzyklen für Pkw und leichte Nkw

Der 10 . 15-Mode-Test (Bild 1) wird als Heißstart einmal durchfahren. Dieser Testzyklus simuliert das charakteristische Fahrverhalten in Tokio und wurde um einen Hochgeschwindigkeitsanteil ergänzt. Die Höchstgeschwindigkeit ist allerdings niedriger als beim europäischen Testzyklus, da in Japan aufgrund der höheren Verkehrsdichte in der Regel mit niedrigeren Geschwindigkeiten gefahren wird. Die Vorkonditionierung für den Heißtest umfasst den ebenfalls vorgeschriebenen Leerlauf-Abgastest und verläuft nach folgendem Schema: Nach ca. 15 Minuten Warmfahren des Fahrzeugs bei 60 km/h werden die HC-, Co- und CO 2 -Konzentrationen im Auspuffrohr gemessen. Nach einer weiteren Warmlaufphase von 5 Minuten bei 60 km/h beginnt der 10 . 15-Mode-Heißtest. Die Abgasanalyse erfolgt über eine CVS-Anlage. Das verdünnte Abgas wird jeweils in einem Beutel gesammelt. Die Schadstoffe werden auf die Fahrstrecke bezogen, d. h. in g/km umgerechnet.

Japan-Testzyklus für Pkw und LDT

Zykluslänge:

3

4,16 kmlh

ZyklenzahllTest: Zykusdauer:

660 s

Mittlere Geschwindigkeit:

22,7 kmIh

Maximale Geschwindigkeit :

70 kmlh

:0 .1:: Q)

.>


20 Gaszähler 21 Gebläse 22 Pe mit Monitor

ｾ＠

Abgasgesetzgebung

nete geschwindigkeitsabhängige Last. Diese wirkt auf die Rollen und muss vom Fahrzeug überwunden werden. Zur Trägheitssimulation kommt bei modernen Anlagen eine elektrische Schwungrnassensimulation zum Einsatz. Ältere Prüfstände verwenden reale Schwungrnassen unterschiedlicher Größe, die sich über Schnellkupplungen mit den Rollen verbinden lassen und die Fahrzeugmasse nachbilden. Der Verlauf der Bremslast über der Geschwindigkeit und die geforderte Schwungrnasse sind auf jeden Fall sehr genau einzuhalten. Abweichungen führen zu Messwertverfälschungen. Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchte, Temperatur und Luftdruck beeinflussen ebenfalls die Messergebnisse. Ein in geringer Entfernung vor dem Fahrzeug aufgestelltes Gebläse (1) sorgt für die nötige Kühlung des Motors. Verdünnungsverfahren (CVS)

Das CVS-Verdünnungsverfahren (Constant Volume Sampling) stellt eine Methode dar, die von einem Motor emittierten Abgase zu sammeln. Die CVS-Technik wurde erstmals 1972 in den USA für Pkw und leichte Nkw eingeführt und in mehreren Stufen verbessert. 1982 wurde auch in Europa auf die CVS-Technik umgestellt. Damit besteht weltweit ein im Prinzip einheitliches Verfahren der Abgassammlung. Prinzip Das Verdünnungsverfahren CVS arbeitet nach folgendem Prinzip: Das vom Prüffahrzeug ausgestoßene Abgas wird mit der Umgebungsluft (12) in einem mittleren Verhältnis 1: 5... 1: 10 verdünnt und über eine spezielle Pumpenanordnung (7, 8) so abgesaugt, dass der Volumenstrom aus Abgas und Verdünnungsluft konstant ist. Das heißt: die Luftzumischung richtet sich nach dem momentanen Abgasausstoß. Dem verdünnten Abgasstrom wird während der gesamten Testdauer eine konstante Menge entnommen und in mehreren Beuteln (5) gesammelt.

Abgasprüfung für Typzulassung

Nach dem Ende des Fahrzyklus entspricht die Schadstoffkonzentration in den Sammelbeuteln genau dem Mittelwert der Konzentrationen im gesamten abgesaugten AbgasLuft-Gemisch. Da das geförderte Volumen des Abgas-Luft-Gemischs bestimmt werden kann, lassen sich aus den Konzentrationen der Schadstoffe die während des Tests emittierten Schadstoffmassen berechnen. Vortei le de CV -Verfahren Durch die Verdünnung wird die Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfs vermieden, was eine deutliche Verminderung der Stickoxidverluste im Beutel bewirkt. Außerdem werden durch die Verdünnung die Nachreaktionen der Abgaskomponenten untereinander (vor allem der Kohlenwasserstoffe) deutlich herabgesetzt. Durch die Verdünnung sinken jedoch die Schadstoffkonzentrationen im Verhältnis der mittleren Verdünnung: dies erfordert den Einsatz empfindlicher Messgeräte. Zur Analyse der Schadstoffe in den Beuteln stehen standardisierte Geräte zur Verfügung. Merkmale de CV -Verfahren Das CVS-Verfahren zeichnet sich durch folgende Merkmale aus. • Berücksichtigung des tatsächlichen, vom jeweiligen Motor während des Tests emittierten Abgasvolumens, • tatsächliche Erfassung aller stationären und instationären Fahrzustände, • Vermeidung der Kondensation von Wasserdampf und von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und • messtechnisch eindeutige Bestimmung der Partikelemission.

467

468

Abgasgeselzgebung

Abgasprüfung für TYPlUlassung

Verdünnungsanlagen Als Pumpeinrichtung zum Erzielen eines konstanten Volumenstroms während des Tests sind zwei verschiedene, gleichberechtigte Verfahren gebräuchlich. Beim ersten saugt ein normales Gebläse das Abgas-LuftGemisch über eine Venturi-Düse ab, während beim zweiten ein spezielles Drehkolbengebläse (Roots-Gebläse) verwendet wird. Beide Methoden lassen eine hinreichend genaue Bestimmung des Volumenstroms zu. Messung von Die elfah17eugen Seit 1975 sind in den USA alle Dieselfahrzeuge in die CVS-Testmethode einbezogen. Dafür mussten die Probeentnahme und die Analyseanlage für die Messung der Kohlenwasserstoffe modifiziert werden. Um die Kondensation von hochsiedenden Kohlenwasserstoffen im Probegas zu vermeiden oder die bereits im Dieselabgas kondensierten Kohlenwasserstoffe wieder zu verdampfen, ist die Aufheizung des kompletten Entnahmesystems für die Proben auf 190°C erforderlich. Durch das Einbeziehen von Partikelgrenzwerten in die Abgasgesetzgebung wurde die CVS-Methode modifiziert. Dafür wurde ein "Verdünnungstunnel" (13) mit hoher innerer Strömungsturbulenz (Reynoldszahl> 40000) in die Messanlage integriert und mit entsprechenden Filtermessstellen (17) zum Sammeln von Partikeln ergänzt.

Me prinzipien Alle Staaten, die in ihre Abgasgesetzgebung die CVS-Testmethode einbezogen haben, verwenden einheitliche Messprinzipien für die Analyse der Abgas- und Schadstoffkomponenten: • Bestimmung der CO- und COz-Konzentration mit nichtdispersiven Infrarot(NDIR- )Analysatoren, • Bestimmung der NOx-Konzentration mit Geräten, die nach dem Chemolumineszenz-Prinzip (CLD) arbeiten, • gravimetrische Bestimmung der Partikelemissionen (Konditionierung und Wägung der Partikelsammelfilter vor und nach der Beladung), • Bestimmung der Gesamt-Kohlenwasserstoffkonzentration mit dem Flammenionisationsverfahren (FID). Messung von Nkw

Die in den USA ab Modelljahr 1986 vorgeschriebene und in Europa ab 2000/2005 vorgesehene Transient -Testmethode für die Emissionsprüfung von Dieselmotoren in schweren Nkw über 8500 Ib (USA) bzw. über 3,5 t (Europa) wird auf dynamischen Motorprüfständen durchgeführt und benutzt ebenfalls die CVS-Testmethode. Die Größe der Motoren erfordert jedoch zur Einhaltung gleicher Verdünnungsverhält nisse wie bei der CVS-Messmethode für Pkw und leichte Nkw eine Testanlage mit erheblich größerer Durchsatzkapazität. Die vom Gesetzgeber zugelassene doppelte Verdünnung (über Sekundärtunnel) trägt dazu bei, den apparativen Aufwand zu begrenzen. Der verdünnte Abgasvolumenstrom kann wahlweise mit einem geeichten Roots-Gebläse oder einem Venturi-Rohr im kritischen Zustand bestimmt werden.

Abgasgesetzgebung

Von der Sonne emrtherte kurzweilige Strahlen durchdringen die Erdatmosphäre, gelangen bis zum Erdboden und werden dort absorbiert. Durch die aufgenommene Energie erwärmt sich der Boden und strahlt langweilige Wärmeoder Infrarotstrahlung ab. Diese Strahlung wird In der Atmosphäre zum Teil reflekltert und sorgt für eine Erwärmung der Erde. Ohne diesen natürlichen .Trelbhauseffekt" wäre die Erde mit einer DurchschIIltIstemperatur von -18'C ein unWirtlicher Planet. Die in der Atmosphäre vorhandenen Treibhausgase (Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Ozon, Dlstlckstoffoxld, Aerosole und Wolkenteilchenl sorgen für mittlere Temperaturen von ca. +15"C. Vor allem Wasserdampf hält einen groBen Tet! der Wärme zurück. Seit Beginn des Industriezeitalters vor Ober 100 Jahren steigt die Konzentration von

KohlendiOXid stark an. Hauptursache für diesen Anstieg Ist die Verfeuerung von Erdöl und Kohle. Bei diesem Vorgang wird der gebundene Kohlenstoff als Kohlendioxid freigesetzt. Die Vorgänge, die den Treibhauseffekt in der Erdatmosphäre beeinflussen, sind sehr komplex. Dass die anthropogenen, d. h.vom Menschen verursachten Emissionen die Hauptursache für die Kltmaveränderung Isl, wird durch eine andere von Wissenschaftlern vertretene Theorie bestrttten. Demnach soll eine verstärkte Strahlungstätigkeit der Sonne Ursache für die Erderwärmung sein. Einigkeit besteht jedoch weitgehend darin, durch Senkung des Energieverbrauchs und damit über die RedUZierung der EmiSSion von Kohlendioxid dem Treibhauseffekt entgegenzuwirken.

Wärmeabstrahlung

ｾ＠

o

Wasserdampf Spurengase

o

ｾ＠

o

o

o

Treibhauseffekt

469

Sachwortverzeichnis

470

Sachwortverze ich nis KursIV gedruckte

Sachworte

Angleichung (Reiheneinspritzpumpen), 120f

Begnffe mit Pfeil

-, Systembilder, 284ff -, Systemübersicht, 280ff

A

-, (Verteilereinspritzpumpen), 214ff

Comprex'Lader -> Druckwellen/ader

sen zu synonymen oder

Abgas·Testzyklen (EU, Pkw/LOT) 462

Anpassvorrichtungen, mechanisch

Consent Decree

verwandien Begnffen.

-, (Japan, Pkw/LOT), 463

(z . B

•Sensor) verwel'

-, (Nkw), 464f

(Reiheneinspritzpumpen), 158ff

(-> Abgasgeselzgebung USA), 457

Anpassvorrichtungen, mechanisch

Controller Area Network (CAN), 398ff

In der uber hundert·

-, (USA, Pkw/LOT), 460f

j3hngen G $eh,chte des

Abgasbestandteile, 434ff

Ansaugluftvorwärmung , 406

(Verteilereinspritzpumpen), 214ff

o

D,eselmolors sind zahl·

Abgasemissionen, 434ff

Ansaugmodul,42

Datenaustausch mit anderen

reiche Fachbegnffe und

Abgasgesetzgebung, 444ff

Ansteuerung (Einspritzsystem), 483ff

Abkurzungen entstan -

-, EU (Nkw), 457ff

Anwendungen (Dieselmotor), tOff

den _Durch die vtelen

-, EU (Pkw/LOT), 452ff

Applikation Nkw·Motoren, 332ff

Beretche, In denen der

-, Japan (Nkw), 459

Applikation Pkw·Motoren, 328ff

Dauerbremsanlagen, 405 Dauerhaltbarkeit

Systemen , 366f, 398ff Datenverarbeitung (Steuergerät), 358ff

,Doesel' vorangebrachi

-, Japan (Pkw/LOT), 455

Applikationstools, 337ff

wurde. h Ben sich

-, USA (CARB, Pkw/LOT), 446ff

Arbeitsdiagramm, 20f

,Doppelbenennungen"

-, USA (EPA, Pkw/LOT), 450ff

Arbeitsweise (Dieselmotor), 16ff

Diagnose, 408ff

ndu vermelden Dieses

-, USA (Nkw), 456f

Arbitrierung (CAN·Busvergabe), 400

Diagnoseschnittstelle, 410

Sachwomerzclchn,s fuhrt

Abgasgrenzwerte (CARB), 446

ASIC (Steuergerät), 361

Dichtkegel, 316

auch die wlcht'gsten

- , (EPA), 450f

Atmosphärendruckabhängiger Voll last·

Diesel·Diebstahl·Schutz

Doppelbenennungen auf

-, (EU), 452ff

anschlag (Reiheneinspritzpumpen),

und ermöghchtlhnen

Abgasmessung, 430f

165 Atmosphärendruckabhängiger Voll last·

(-> Abgasgesetzgebung), 447

(Verteilereinspritzpumpen), 233 Diesel·Einspritz·Geschichte(n), 75 Diesel·Geschichte(n), 13

somit einen leichteren

Abgasnachbehandlung, 440ff

Vergleich mit anderer

Abgasprüfung (Typzulassung), 466ff

anschlag (Verteilereinspritzpumpen),

Diesel-Wasser-Emulsionen, 39

literatur.

Abgasrückführung, 55, 394

221

Dieseleinspritzung ist Präzisions-

-, Lambda·basierte Regelung, 378

Aufladung, 44ff

Abgastemperaturgrenze, 28

Aufschaltgruppen (Verteilereinspritz·

Abgasturbolader, 45ff Abgasuntersuchung AU, 455

pumpen), 202ff Aufschaltgruppen, Blockschaltbild

Abschaltbarer Lastabhängiger Förder· beginn (Verteilereinspritzpumpen),

(Verteilereinspritzpumpen), 215 Autofrettierte Hochdruckleitungen, 318

222

technik, 309 Digitale Eingangssignale, 359

Dimensionen der Diesel-Einspritztechnik, 301 Direkteinspritzung, 31 f

Downsizing, 50 Drallklappen, 44

Absorptions·Methode, 432

B

Drallsteller, 404

Abstellvorrichtungen, Verteilereinspritz·

Begrenzungsmenge, 373

Drehmoment, 19

Betriebsbedingungen, 27ff

Drehzahlgrenzen, 28

Additivsystem , 440

Betriebszustände, 23ff

Drehzahlregler

Aggregatsregler (Reiheneinspritz·

Bio·Kraftstoffe

pumpen), 229

pumpen),129

-?

alternative Kraftstoffe

Aktive Ruckeldämpfung (EDC), 372

BIP'Regelung, 376

Aktive Ruckeldämpfung (Reihenein·

Bootförmige Einspritzung (Unit Pump

spritzpumpen), 167

System), 62, 392

(Verteilereinspritzpumpen), 204ff Drehzahlvergleichstest, 416 Drive Recorder, 383 Drosselklappe -> Rege/k/appe Drosselzapfendüse, 302

Aktoren -> Siellg/ieder

Bosch·DienstiBosch·Service, 417

Alkoholbetrieb, 38, 112

Botschaftsformat (CAN), 4011

Alldrehzahlregler (Reiheneinspritz·

Breitband·Lambda·Sonde, 356f

Druckregelventil (Common Rail), 2911

Brennräume, 31

Druckregelventil (Niederdruck), 81

pumpen), 128 -, (Verteilereinspritzpumpen), 206ff Alldrehzahlregler ROUV (Reihenein' spritzpumpen), 141 Alldrehzahlregler ROV (Reihenein· spritzpumpen), 137ff Alldrehzahlregler ROV.. K (Reihenein· spritzpumpen), 142ff Alldrehzahlregler RSUV (Reihenein· spritzpumpen), 151 Alldrehzahlregler RSV (Reihenein·

Druckbegrenzungsventil (Common Rai!), 294

Druckregelventil

C

(Verteilereinspritzpumpen), 195, 241

Cetanzahl, 34f

Druckrohrstutzen, 316

Clean Air Act (-> Abgasgesetzgebung

Druckventil (Reiheneinspritzpumpen),

EPA),450 CO·Messung, 430 Common Rail System, Anwendungs' gebiete, 280 - , Arbeitsweise, 2811 -, EDC·Ansteuerung, 388ff

100f Druckventil (Verteilereinspritzpumpen), 2001 Druckwellenlader, 54 Durchflussbegrenzer (Common Rai!), 294f

spritzpumpen), 146ff

-, EDC·Übersicht, 325

Alternative Kraftstoffe, 38f

-, Funktionsprinzip, 74

- , ohne Leckkraftstoffanschluss, 311

Analoge Eingangssignale, 358

-, Hochdruckkomponenten, 282ff

- , Typformel, 310

Düsenhalter, 310ff

Sachworlverzeichnis

Düsenhalterkombination, 310ff

Elektropneumatische Wandler, 404

Glühzeitsteuergerät, 407

Düsenkuppen, 306

End 01 Line Programmierung, 362

Grundlagen (Dieselmotor), 16ff

Düsennadel-Dämplung, 313

Enddrehzahlregelung (EDC), 370

Grundlagen (Einspritzung), 56ff

Düsenprülung, 4281

-, (Reiheneinspritzpumpen), 119

Dynamische Aulladung, 45

Enddrehzahlregler (Reiheneinspritzpumpen), 126

H Handpumpe, 77, 91

E

-, (Verteilereinspritzpumpen), 204

Hauptfilter, 77

eBooster (Abgasturbolader) , 53

Enddrehzahlregler Ra und RaU

Hochdruck-Kraftstoffleitungen, 3171

(Reiheneinspritzpumpen), 137

Echtzeitfähigkeit, 363 Eigenschaftskriterien (Dieselmotor), 10

Entlastungshub, 96

Einlasskanalabschaltung, 393

Ersatzfunktionen, 394

Einsatzgebiete (Dieselmotor), 10ff

Hochdruckanschlüsse, 3161 Hochdruckmagnetventil (Unit Injector), 2741 Hochdruckmagnetventil (Verteiler-

Einspritzbeginn, 581

F

Einspritzdauer, 61

Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung, 371

Einspritzdruck, 661

Fahrgeschwindigkeitsregelung, 371

Einspritzdüsen, 300ff

Falltankbetrieb, 91

Einspritzmeng e, 60

Feldüberwachung (-> Abgasgesetz-

Einspritzpumpen-Prülstände, 4181

Höhengrenze, 29

Einspritzverlauf, 62

gebung CARB), 449 -, (-> Abgasgesetzgebung EPA), 451 -, (-> Abgasgesetzgebung EU), 454

Einstellarbeiten

Feststoffe (Partikel), 437

Hub- und Förderphasen (Verteiler-

Einspritzverhalten, 61 ff

(Reiheneinspritzpumpen), 420ff Einzeleinspritzpumpe, Anwendung,

252 - , Aulbau und Arbeitsweise, 2621

einspritzpumpen), 250

Flächenzaplendüse, 303 Flottendurchschnitt, Flottenverbrauch

(-> Abgasgesetzgebung CARB), 448 -, (EPA), 4501

-, Systemübersicht, 2521

Flügelzellen-Förderpumpe (Verteilereinspritzpumpen), 1941, 2391

Einzelzylinder-Systeme -t Einzeleinspritzpumpen

Flugzeug-Dieselmotoren, 15

-> Unit Injector System -> Unit Pump System

Förderbeginn, 59 Förderbeginnmessung (Reiheneinspritzpumpen), 421

pumpe), 961 84,176ff Hubschieber-Stellwerk, 175 Hydraulisch betätigte Angleichung (Verteilereinspritzpumpen), 216

Identilier (CAN-Adressierung), 400 Indirekte Einspritzung, 321 Inlrarot-Verfahren, 430

Förderbeginnregelung OWZ-Signal),

Injektor (Common Rail), 296ff

375

Inkrementaler Drehwinkelsensor

Fördermengenprülung (Reihen-

einspritzpumpen), 1741

(Verteilereinspritzpumpe)

-> (Drehwinkel-) Sensor

einspritzpumpen), 420 Fördermengenregelung (Reihen-

Elektro-Hydraulische Abstellvorrichtung, 83

Aufladung Hubphasenlolge (Reiheneinspritz-

-, (Verteilereinspritzpumpen), 426

-, (Verteilereinspritzpumpen), 229

-, (Verteilereinspritzpumpen), 2301

einspritzpumpe), 1981 Hubkolbenlader ... mechanische

Förderbeginn-Stellwerk, 179

übersicht, 252ff

Elektrisches Stellwerk (Reihen-

Höhenkorrektur, 373

Hubschieber-Reiheneinspritzpumpe,

-, Schwerölbetrieb, 253

einspritzpumpen), 82

-> Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung

Flammkerze, 406

-, Bauarten, 264

Elektrisches Abstellventil (Reihen-

28811 Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung

Filtermethode, 433

-, Funktionsprinzip, 72

Einzelzylinder-Systeme, System-

Hochdruckpumpe (Common Rail),

Inkrementales-Winkel-Zeit-Signal ,

einspritzpumpe), 97 FTP 75-Testzyklus, 460

375 Instationärer Betrieb, 26

Elektrokraftstoffpumpe, 781

Fühler

Elektronik ... woher kommt der

Füllungssteuerung, 40ff

K

G

Kaltstartbeschleuniger, hydraulisch,

ｾ＠

Sensor

Begriff?, 367 Elektronische Dieselregelung EDC, Ansteuerung, 383ff

Kalibrierung -> Applikation Gasstoßmessung , 433

-, Funktionen, 364ff

Geber ｾ＠

-, Funktionsübersicht, 365, 3681

Gemischverteilung, 561

-, Prülung, 414ff

Geteilter Brennraum, 4 indirekte

- , (Reiheneinspritzpumpen), 122ff -, Übersicht, 320ff Elektronische Leerlaulregelung (Reiheneinspritzpumpen), 167

Sensor

Einspritzung

Gleichdruck- und Gleichraumventil (Reiheneinspritzpumpen), 1001 Gleichdruckventil (Verteilereinspritz-

Elektronische Service-Information, 413

pumpen), 201

Elektronisches Mengenmesssystem, 419

Glühstiftkerze, 4061

2241 -, mechanisch, 2231 Kammermotor,

-4-

indirekte

Einspritzung Kantengesteuerte Einspritzsysteme --7

Reiheneinspritzpumpen,

--7

Verteilereinspritzpumpen

Kaskadenregelung (Lambda-Regelung) , 379 Kavitation, 319

471

472

Sachwortverzeichnis

Kenndaten der Einspritzsysteme

leerlauf-Enddrehzahlregler RSF

Kenngrößen (Motor), 14

leerlaufregelung (EDC), 370

Klein-Tester-Serie, 414

- , (Reiheneinspritzpumpen), 119f

Kohlendioxid (C02), 435

leerlaufregler (Verteilereinspritzpumpen) , 204

Kohlenmonoxid (CO), 436 Kohlenwasserstoffe (HC), 436 ｾ＠

Verdichtung

-7

mechanische

Kompression Kompressor

Aufladung

Negative Angleichung (Verteilerein-

(Reiheneinspritzpumpen), 154ft

(Übersicht), 69

spritzpumpen), 217

Nockenformen (Reiheneinspritzpumpen), 99 NO,-Speicherkatalysator, 441 f Nulllast,25

leiselaufeinrichtung (Verteilereinspritz-

Nutzhub, 96

pumpen), 226 leistung, 19

o

liefergrad, 44

On-Board-Diagnose, 411

Kraftstoffbehälter, 76

lochdüsen, 304ft

- , (Abgas), 445, 449, 454

Kraftstoffe, 34ff

lüfteransteuerung, 394, 404

Oxidationskatalysator, 440

Kraftstofffilter, 77

luftfilter, 41ft

Ozon und Smog, 437

Kraftstoffkühler, 81

Luftmassenmesser

Kraftstoffleitungen (Niederdruck), 76

luftzahl A, 56f

p

Kraftstoffverdunstung, 434

M

p- V-Diagramm , 20f

Kraftstoffversorgung, 76ff

M-Verfahren, 33

p-a-Diagramm,21

Kraftstoffvorwärmung, 77

Magnetstellwerk (Verteilereinspritz-

Partikel,437

-7

Sensor P-Grad (Regler), 117f, 205

Kraftstoffpumpe, 78ff

Kühlmittelzusatzheizung, 393 Kurbelgehäuseentlüftung, 434

pumpen), 231 Magnetventil (Spritzversteller, Verteilereinspritzpumpe), 231, 250

L

Magnetventil (Unit Injector), 2741

Ladedruckabhängiger Volliastanschlag

Magnetventilgesteuerte Einspritz-

(Reiheneinspritzpumpen) 163/

systeme

-> Common Rai! System -> Unit !njector System -> Unit Pump System -7 Vertei/ereinspritzpumpen

ladedruckabhängiger Volllastanschlag (Verteilereinspritzpumpen) 218ff ladedruckabhängiger Volliastanschlag, absolut messend (Reiheneinspritzpumpen) 166

Master-Slave-Verbund (Steuergeräte),

ladedruckgrenzen, 29

392

ladedruckregelung (EDC), 394, 404

Mechanische Aufladung , 511

ladeluftkühlung , 53

Mehrstoftbetrieb, 112

lageregelkreis, 179

Mehrstufige Aufladung, 53

Lambda-Regelung, 377ff

Mengenausgleichsregelung, 372

lambda-Sonde

-> Breitband-Lambda-Sonde

Mengenmessmethoden, 418 Mengenmittelwertadaption (Lambda-Regelung), 379

längsspülung (Reiheneinspritzpumpe), 102

-, Betriebsart Direct Control und

lastschalter (Verteilereinspritzpumpen), 227

Pedalwertgeber

-> (Fahrpedal-)Sensor Phase-In (-> Abgasgesetzgebung

CARB),448 -, (-> Abgasgesetzgebung EPA) , 450 Phasengeber (Nockenwelle)

-> (Phasen-)Sensor Pneumatische Abstellvorrichtung (Reiheneinspritzpumpen), 171 Pneumatische leerlaufanhebung (Reiheneinspritzpumpen), 166 Pneumatischer Regler (Reiheneinspritzpumpen), 114 Pneumatisches Ventil (Verteilereinspritzpumpe), 227 Positive Angleichung (Verteilereinspritzpumpen) , 216 Potenziometer (Verteilereinspritz-

Indirect Control, 380

pumpe), 227 Presspumpen, 111

Messglas-Technik,418

Prüfgeräte, 414

Messgrößen am Dieselmotor,

Prüfstände, 418f

laulruheregelung, 372 leckrückführung (Reiheneinspritz-

Partikelgrößen (Ansaugluft), 41

Mengenvergleichstest, 416

lastabhängiger Förderbeginn (Verteilereinspritzpumpen), 221 f

Partikelfilter, 440f

351 Mikroschalter (Verteilereinspritz-

pumpe), 98

pumpen), 227

Prüfung, Reiheneinspritzpumpen , 420ft -, Verteilereinspritzpumpen, 424ft

leerlauf, 25

Momentensteuerung, 394ft

Puls-Weiten-Moduliertes Signal, 362

leerlauf-Enddrehzahlregler (Reihenein-

Motorbremse, 405

Pulsförmige Eingangssignale, 359

Motorbremsfunktion, 373

Pumpe-Düse-Einheit

spritzpumpen), 126f -, (Verteilereinspritzpumpen) , 209f

Motorkenndaten, 14

leerlauf-Enddrehzahlregler Ra

Motorprüfstand, 336

(Reiheneinspritzpumpen), 132ft

Motortest-Funktion, 416

leerlauf-Enddrehzahlregler Rau (Reiheneinspritzpumpen), 136 leerlauf-Enddrehzahlregler RS (Reiheneinspritzpumpen), 152f

-> Unit !njector System Pumpe-leitung-Düse

-> Unit Pump System Pumpenelement (Reiheneinspritz-

N Nacheinspritzung , 64 Nachspritzer, 64

pumpe), 94ft Pumpenkolben (Reiheneinspritzpumpe), 98

Sachwortverzeichnis

a

Retarder, 405

Querspülung (Reiheneinspritzpumpe),

Rollenzellenpumpe, 781

102

Roots-Lader

ｾ＠

Spritzverstellung (EinzeIeinspritz-

mechanische

pumpen) , 263 Stabilisator (Reiheneinspritzpumpen), 170f

Auf/adung

R

Rückströmdrosselventil

Race-Trucks, 382

(Radialkolben-Verteilereinspritz-

Radialkolben-Hochdruckpumpe, 242ff

pumpe),245

Standard-Düsenhalter, 3121

Standard-Reiheneinspritzpumpe 4

Reiheneinspritzpumpe

Standard-Zapfendüse, 302

Rail (Gommon Rail System), 293ff Rauchgrenze, 27

S

Start,23ff

Rauchwertmessgerät, 433

Sacklochdüse, 3051

Starthillesysteme, 4061

Recharge (Gommon Rail System), 389

Sauerstoff-Pumpzelle

Startmenge, 370

Regelgenauigkeit, 204

.. Breitband-Lambda-Sonde

Stationärer Betrieb, 26

Regelklappe, 404

Saugrohrklappe, 404

Regelstangenanschläge (Reihen-

Schadstoffminderung, 4381

Stellglied-Diagnose, 410, 416

Schadvolumen, 65

Stellglieder, 404

einspritzpumpen), 159ff Regelung, 364

Schraubenlader ｾ＠

Regelweggeber

Auf/adung

mechanische

Stauaufladung, 47

Stellwerk, elektrisch (Reiheneinspritzpumpen), 174f - , elektrisch (Verteilereinspritz-

(Reiheneinspritzpumpe)

Schubbetrieb, 26

.. (Halb-Differenzial-

Schweleldioxid (SO, ), 4361

Kurzschlussring-)Sensor

Schwelelgehalt (Kraftstoff), 37

Steuergerät, 358ff Steuergerätekopplung

pumpen), 2301

Registeraufladung, 53

Schweröl betrieb (Großmotoren), 253

Regler (Reiheneinspritzpumpen), 114ff

SGR-Prinzip, 443

-, Arten, 121ff

Seiliger-Prozess, 20

Steuergerätekühler, 81

-, Aufgaben, 118ff

Sensor, 340ff

Steuerung, 364

-, Bauarten, 130

-, Drehwinkel, 347

Stickoxide (NO.. NO, NO,), 436

-, Bezeichnung, 127

-, Drehzahl, 346

Stickstoff (N, ), 435

-, Einstellung, 420

-, Druck, 342ff

Stoßaufladung, 47

-, Mechanische Drehzahlregelung,

- , Fahrpedal, 3521

Strömungslader, 52

-, Fördersignal, 228

Stulendrehzahlregler (Reiheneinspritz-

132ff -, Übersicht, 126ff Regler-Geschichte(n), 115

(Unit Injector System), 392

pumpen), 128f

-, Halb-DifferenzialKurzschlussring , 350

Stulenhalter, 313

Reiheneinspritzpumpe, 92ff

-, Heißlilm-Luftmassenmesser, 3541

-, für alternative Kraftstoffe, 112

-, Lambda-Sonde, 3561

Verteilereinspritzpumpen), 1861

-, Anwendungsgebiete, 84

-, Nadelbewegung, 315

Systembilder (Gommon Rai!), 284ff Systembilder (Unit Injector und

- , Aufbau und Arbeitsweise, 93ff

- , Phase, Nockenwelle, 3481

-, Ausführungen, 84, 102ff

-, Temperatur, 341

-, Betrieb (Entlüften, Schmieren), 113

Serienprülung (Abgas), 445

System bild (magnetventilgesteuerte

Unit Pump Systeme), 258ff System-Testgeräte, 414

-, EDG-Ansteuerung, 3831

SFTP-Testzyklen, 4601

-, EDG-Übersicht, 322

Sitzlochdüse, 306

T

-, Einbau und Antrieb, 93

Speicher (Steuergerät) (EEPROM,

Tandempumpe, 80

-, Funktionsprinzip, 70

EPROM, Flash-EPROM , RAM,

Teillast, 25

- , Geschichte(n), 99

ROM) 3601

Teillastregler (Verteilereinspritz-

-, Größe A, 105 -, Größe GW, 1101

Speichereinspritzsystem -7

Common Rail System

pumpen), 210 Temperaturabhängige Leerlauf-

-, Größe M, 104

Sperrflügelpumpe, 80

anhebung (Verteilereinspritz-

-, Größe MW, 106

Spritzbeginnregelung

pumpe) , 224

-, Größe P, 107 -, Größe PlO, 1081 - , Größe P9, 109 -, Größe ZW und ZWM, 1091 -, Prüfung , 420ff - , Regelung, 85 -, Stilllegen, 113 -, Systemübersicht, 84ff Rekorde, 103, 232, 251 Resthub, 96

(Nadelbewegungssensor), 3731

Spritzversteller (Reiheneinspritzpumpen), 1721 Spritzversteller, hydraulisch (Verteilereinspritzpumpen), 211 ff Spritzversteller, hydraulisch mit

Temperaturabhängiger Startanschlag (Reiheneinspritzpumpen), 1681 Tempomat .. Fahrgeschwindigkeitsregelung

Testgeräte, 414 Testzyklen (Abgas). 445, 460ff

Magnetventil (Verteilereinspritz-

Toleranzen (Einspritzdüsen), 309

pumpen), 246ff

Totvolumen, 64

Spritzversteller-Magnetventil (Verteilereinspritzpumpen), 250

Traverse, 317

Treibhauseffekt, 469

473

474

Sachwortverzeichnis

Trübungsmessung, 432f

-, EDC-Ansteuerung (Stellwerk), 384f

Zweifeder-Düsenhalter, 314

Typ-Test (-> Abgasgesetzgebung EU) ,

- , EDC-Ansteuerung

Zweistufig geregelte Aufladung, 53

453

(Hochdruckmagnetventil), 386f

Zwischendrehzahlregelung (EDC), 371

Typformel, Düsenhalter, 310

-, EDC-Übersicht, 323f

- , (Reiheneinspritzpumpen), 119

-, Regler für Reiheneinspritzpumpen,

- , Funktionsprinzip, 711

Zylinderabschaltung, 373

127

- , kantengesteuert (Funktion), 188ft

Typprüfung (Abgas), 444

-, kantengesteuert (System), 182f

-, (-> Abgasgesetzgebung EU) , 453

- , magnetventilgesteuert (System),

U

-, magnetventilgesteuert, 234ft

184ft Überströmdrosselventil (Verteiler-

-, magnetventilgesteuert,

einspritzpumpen), 195 Überströmventil (Reiheneinspritz-

Axialkolben-, 236f -, magnetventilgesteuert, Radialkolben-, 238ff

pumpen), 82 Überströmventil (Verteilereinspritzpumpen), 241

Ungeteilter Brennraum, -?

Direkteinspritzung

- , Prüfung, 424ft -, Stammbaum, 203, 235 -, System übersicht, 180ft Verteilerkörper (Radial kolbenVerteilereinspritzpumpe), 244f

Unit Injector, 266ft Unit Injector System, Anwendungsgebiete, 254

Verteilerrohr, 80 Viertakt-Verfahren, 17

- , EDC-Ansteuerung, 3911

Volllast, 25

-, EDC-Übersicht, 326f

Volilastrauchbegrenzung (Lambda-Regelung),381

- , Funktionsprinzip, 73 -, Systemübersicht, 254ft

Von Steuergeräten wird viel verlangt,

Unit Pump, 276ft

363

-, für Großmotoren, 278f

Voreinspritzung , 63

Unit Pump System

Voreinspritzung (Unit Injector Pkw) ,

Anwendungsgebiete, 254

272f

-, EDC-Ansteuerung, 391 f

Vorfilter, 77

-, EDC-Übersicht, 327

Vorförderpumpe (Reiheneinspritz-

- , Funktionsprinzip, 73 -, Systemübersicht, 254ft

pumpe), 88ft Vorförderpumpe -> Kraflstol/pumpe Vorglühen 406f

V

Vorhub, 96

Variable Schieberturbine

Vorkammerverfahren

(Abgasturbolader), 49

Variable Turbinengeometrie

-?

indirekte

Einspritzung Vorreiniger, 91

(Abgasturbolader), 48f Ventilsteuerzeiten, 18

W

Ventilüberschneidung, 18

Wasserabscheider, 77

Verbrennungsdruckgrenze, 28

Wastegate -> Ladedruckregelung

Verdichtung, 18

Wastegate-Lader,47f

Verdrängerlader -? Mechanische

Auf/adung Verdünnungsverfahren , 467f

Weltweiter Service, 417 Werkstatt-Technik, 412ft Winkelsensor (EDCVerteilereinspritzpumpe)

Vergangenheit und Zukunft des Unit

-> (Halb-Difterenzial-

Injectors 273 Verstellhebelanschläge (Reiheneinspritzpumpen), 158

Kurzschlussring-)Sensor

Wirbelkammerverfahren -7 indirekte

Verstellregler -> Alldrehzahlregler Verteilereinspritzpumpe,

Einspritzung Wirkungsgrade, 20ft

Anwendungsgebiete , 180 -, Aufschaltgruppen (mechanisch), 202ft -, Ausführungen, 180f

Z Zapfendüsen, 302f Zeitverhalten (Einspritzung), 65

Sachwortverzeichnis

Abkürzungen

CARB: California Air Resources Board Ｈｾ＠

EEV: Enhanced EnvironmentallyFriendly Vehicle (besonders

Abgasgesetzgebung USA)

CCRS: Current Control Rate Shaping

A A-Pumpe:

ｾ＠

Reiheneinspritzpumpe

formung,

ACC: Adaptive Cruise Control (adap-

Einspritzung)

tive Fahrgeschwindigkeitsregelung)

ADM: Applikationsdatenmanager ｾ＠

Applikationstools

AGR:

ｾ＠

CDM

AHR: Abgashubrückmelder (Sensor am Abgasrückführventil) ALDA: ｾ＠

Ladedruckabhängiger

ｾ＠

CR-System:

ARF:

ｾ＠

(Fahrpedal-)Sensor ｾ＠

ASIC: Application Specific Integrated

Common Rail System

ｾ＠

CSF: Catalyzed Soot Filter (katalytisch beschichteter ｾ＠

CZ:

ｾ＠

Reiheneinspritzpumpe

o DOS:

EOBD: European ｾ＠

On-Board-

Diagnose EOL-Programmierung: ｾ＠

End Of Line-Programmierung

EPIVA: hydraulisch geregelte Verteilereinspritzpumpen

EPIVM: erste Verteilereinspritz-

Ｈｾ＠ ｾ＠

Diesel-Diebstahl-Schutz

ASR: Antriebsschlupfregelung

OH K:

01: Direct Injection

AU: Abgasuntersuchung in Ｈｾ＠

ｾ＠

Ｈｾ＠

Düsenhalterkombination

DOC: Diesel Oxidation Catalyst Ｈｾ＠

ｾ＠

(Drehwinkel-)Sensor

(Drehzahl-)Sensor

B

Elektronische Service-

Information ESP: Elektronisches StabilitätsProgramm

ETC: European Transient Cycle

DZG: Drehzahlgeber ｾ＠

Abgas-Testzyklus Europa Nkw)

ESI[tronic): ｾ＠

Oxidationskatalysator)

DWS:

Abgasgesetzgebung USA)

ESC: European Steady-State Cycle

Direkteinspritzung)

AWN : Bosch Werkstattnetz Mengenausgleichsregelung)

Verträglichkeit EN: Europäische Norm

pumpengeneration

All: ｾ＠ Abgasturbolader

Ｈ ｾ＠

Abgas-Testzyklus Europa Nkw)

EPA: Environment Proteetion Agency

Circuit (anwendungsbezogene

AZG: Adaptive-Zylindergleichstellung

Ｈｾ＠

Cetanzahl ｾ＠

Elektronische Leerlauf-

EMV: El ektromagnetische

Verdünnungsverfahren

-7

ｾ＠

ELR: European Load Response

Partikelfilter)

CVS: Constant Volume Sampling CW-Pumpe:

Elektrisches Abstellventil

regelung

Partikelfiltersystem)

Integrierte Schaltung)

Deutschland

ELR:

Common Rail System

(Kontinuierlich regenerierendes

ARS: Angle of Rotation Sensor (Drehwinkelsensor)

ｾ＠

CRT: Continuously Regenerating Trap

Aktive Ruckeldämpfung Abgasrückführung

ｾ＠

ｾ＠

Elektrokraftstoffpumpe ｾ＠

(Reihen- und Verteilereinspritz-

Kohlendioxid

CRS:

ｾ＠

ELAB:

(Übereinstimmung der Produktion)

Abschaltbarer Last

abhängiger Förderbeginn ARD:

ｾ＠

Abgasgesetzgebung USA)

pumpen)

Kohlenmonoxid

COP: Conformity of Production

VolI/astanschlag, absolut messend ALFB:

ｾ＠

CO,:

Abgasrückführung ｾ＠

Ｈｾ＠

bei Kälte) CO:

Elektro -Hydraulische

EI R: Emi ssion Information Report

EKP:

Partikelfilter)

ｾ＠

Abstel/vorrichtung

(Filter-Verstopfungspunkt

ADF: Atmosphärendruckfühler (Druck-)Sensor

ADM

CFPP: Cold Filter Plugging Point

abhängiger Volllastanschlag ｾ＠

Getriebesteuerung

EHAB:

Filter (katalytisch beschichteter ｾ＠

Atmosphärendruck-

ｾ＠

CDPF: Catalyzed Diesel Particulate

Steuergerät) ｾ＠

EG: Europäische Gemeinschaft EGS: Elektronische

Applikationstools ｾ＠

A/D-Wandler: Analog-/Digitalwandler ADA:

bootförmige

(Applikationsdatenmanager)

Europeen d 'Automobiles (Verband

Ｈｾ＠

-7

CDM: Calibration Data Manager

ACEA: Association des Constructeurs

europäischer Kfz-Entwickler)

umweltfreundliche Fahrzeuge,

Europa Nkw)

(stromgesteuerte Einspritzverlaufs-

ABS: Antiblockiersystem

Abkürzungen

Ｈｾ＠

Abgas-Testzyklus Europa Nkw)

EU: Europäische Union euAlL: Elektrisch unterstützter

BDE: Benzin-Direkteinspritzung

E

BIP-Signal: Begin of Injection Period-

EAB: Elektrisches Abstellventil

Abgasturbolader

Signal (Signal der Förderbeginnerkennung) Ｈ ｾ＠

BIP-Regelung)

BSS: Bitserielle Schnittstelle

Ｈ ｾ＠

Ｈｾ＠

ELAB)

ECE: Economic Commission for

Abgasvorschriften der EU EWIR: Emissions Warranty

UN)

C: Kohlenstoff CAD: Computer-Aided Design (computerunterstütztes Entwerfen) CAFE: Corporate Average Fuel Economy (Flottendurchschnitt, ｾ＠

Abgasgesetzgebung USA)

CAN: ｾ＠

Controller Area Network

Information Report

ECM: Elektrochemische Metalibearbeitung Ｈｾ＠

EDR:

Elektronische Dieselregelung) ｾ＠

Ｈｾ＠

Abgasgesetzgebung USA)

Lochdüsen)

EDC: Electronic Diesel Control Ｈｾ＠

Abgas-Testzyklus Europa Pkw)

EURO I, 11, 111, IV:

Europe (Europäische Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen

C

EUDC: Extra Urban Driving Cycle

Enddrehzahlregelung

F FAM E: Fatty Acid Methyl Ester (Fettsäuremethylester) -) Alternative Kraftstoffe

FB: Förderbeginn FD: Förderdauer

475

476

Sachwortverzeichnis

Abkürzungen

MIL: Malfuction Indicator Lamp

FGB: -> Fahrgeschwindigkeits-

(Diagnoselampe)

101: Indirect Injection (-> Indirekte

begrenzung FGR: -> Fahrgeschwindigkeits-

Einspritzung, Kammermotor)

MKL: Mechanischer Kreislader (mechanischer -> Strömungslader)

INCA: Integrated Calibration and

regelung

FI R: Field Information Report

Acquisition System (integriertes

(-> Abgasgesetzgebung USA)

-> Applikationstools

MNEFZ: Modifizierter Neuer Europäischer Fahrzyklus( -> Abgas-

ISO: International Organization for

Memory (Elektrisch löschbarer,

Standardization (Organisation für

programmierbarer Nur·Lese-

internationale Normung) IWZ-Signal: -> Inkrementales-Winkel-

Speicher)

-> Lambda-Regelung

Kalibrier- und Aufnahmesystem)

Flash-EPROM: Flash-Erasable Programmable Read Only

MMA: Mengenmittelwertadaption

FP: -> Vorförderpumpe

Zeit-Signal

Testzyklus Europa) MSG: Motorsteuergerät MV: Magnetventil MVL: Mechanischer Verdrängerlader

-> mechanische Auf/adung

FR: First Registration (Erstzulassung) FSS: Fördersignalsensor

K

MW-Pumpe: -> Reiheneinspritzpumpe

KMA: Kontinuierliche Mengenanalyse

(-> Sensor) FTP: Federal Test Procedure

ｾ＠

(-> Abgas-Testzyklen USA Pkw)

Elektronisches Mengenmess-

system KSB: -> Kaltstartbeschleuniger

N N,: -> Stickstoff NBF: Nadelbewegungsfühler

G

KTS: -> Klein-Tester-Serie

GDV: -> Gleichdruckventil

kW: Kilowatt (1 kW = 1,3596 PS)

NBS: -> (Nadelbewegungs-)Sensor

GRV: -> Gleichraumventil

KW: Kurbelwelle

NE: -> Nacheinspritzung, -> POl

GSK: -> Glühstihkerze GST: Gestufte (oder einstellbare)

-> (Nadelbewegungs-)Sensor

N EDC: New European Driving Cycle

L

(Neure Europäischer Fahrzyklus,

-> Abgas-Testzyklus) -> NEFZ

Ib: pound (1 Ib = 0,454 kg)

Startmenge GZS: -> Glühzeitsteuergerät

LDA: -> Ladedruckabhängiger

H

LDR: -> Ladedruckregelung

NH 3 : Ammoniak

H : Wasserstoff

LOT: Light-Duty Trucks (leichte

Nkw: Nutzkraftwagen

N EFZ: Neuer Europäischer Fahrzyklus

(-> Abgas-Testzyklus) -> NEDC

VolI/astanschlag

Nutzfahrzeuge)

H-Kat: Hydrolyse-Katalysator H-Pumpe: -> Hubschieber-

diode)

Reiheneinspritzpumpe H,O: Wasser

LEV: Low-Emission Vehicle

H,S: Schwefelwasserstoff

(-> Abgasgesetzgebung USA Pkw) LFB: -> Lastabhängiger Förderbeginn

HBA: -> Hydraulisch betätigte

-> A/ldrehzahlregler

HC: Sammelbegriff für

Kohlenwasserstoffe

LLR: -> Leerlaufregelung

HDK: Halb-Differenzial-

LRR: -> Laufruheregelung

Sensor HE: Haupteinspritzung -> MI

LSF: (Zweipunkt-)Finger-Lambda-

HE-Bearbeitung: Hydroerosive

LSU: -> (Breitband-)Lambda-Sonde-

Kurzschlussring-

(-> Abgasgesetzgebung USA) NMOG: Nicht-Methanhaltige Organische Gase NO,: Sammelbegriff für -> Stickoxide NTC: Negative Temperature Coefficient -> (Temperatur-)Sensor

LFG: Leerlauffeder - gehäusefest

Angleichung ｾ＠

NLEV: National Low Emission Vehicle

LED: Light-Emitting Diode (Leucht-

4

Sonde

Bearbeitung (-> Lochdüsen)

Universal

HFRR-Methode: High Frequency

NYCC: New York City Cycle

(-> Abgas-Testzyklus USA, Pkw)

o 0,: Sauerstoff 0 3 : -> Ozon OBD: -> On-Board-Diagnose

HFM: Heißfilm-Luftmassenmesser

(-> Sensor)

NW: Nockenwelle

M

OT: Oberer Totpunkt (des Kolbens)

M-Pumpe: -> Reiheneinspritzpumpe

Oxi-Kat: -> Oxidationskatalysator

Reciprocating Rig (Verschleiß-

MAB: Mengenabschaltung

prüfung)

MAR: -> Mengenausgleichsregelung

p

MBEG: Mengenbegrenzung

P-Pumpe:

MOA: Measure Data Analyzer

PDE: Pumpe-Düse-Einheit

HGB: Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung (-> Fahrgeschwindig-

keitsbegrenzung) HSV: Hydraulische Startmengenverriegelung

(Messdatenalalyse)

-> Applikationstools MDPV: Medium Duty Passenger Vehicle (Fahrzeug klasse USA)

-7

Reiheneinspritzpumpe

-> Unit Injector System PE-Pumpe: -> Reiheneinspritzpumpe PF: -> Partikel/ilter PE_MV: Einzeleinspritzpumpe mit

MGT: -> Messglas-Technik

Magnetventil (-> Unit Pump für

MI: Main Injection (Haupt einspritzung)

GraBmotoren)

->HE

Sachwortverzeichnis

PF-Pumpe: -> Einzeleinspritzpumpe

PFE:

-7 Einzeleinspritzpumpe

RS, RSF: mechanische -> Leerlauf-

ohne

Rollenstößel PFM: -> Einzeleinspritzpumpe

PFR:

-t

EinzeJeinspritzpumpe mit

PI: Pilot Injection (-> Voreinspritzung)

VB: Verbrennungsbeginn

-> Enddrehzahlregler für

VE:

-7

Reiheneinspritzpumpen RWG: Regelweggeber -> (Halb-Diffe'

anhebung

-> Unit Pump System PM: Partikel (Ruß)

PO: Post Injection ppm: Parts per million (1000 ppm = 0,1 %)

Axialkolben- -> Verteiler(Organisation der Automobil·

(selektive katalytische Reduktion)

VH: Hubraum des gesamten Motors

VP29, VP30: Magnetventilgesteuerte

Procedure (-> Abgas·Testzyklen

Axialkolben-

USA Pkw)

spritzpumpe

50 2 : -> Schwefeldioxid SRC: Smooth Running Control

PS: Pferdestärke (1 PS = 0,7355 kW)

-7

Mengenausgleichsregelung

Vehicle (-> Abgasgesetzgebung

-?

Verteilereinspritzpumpe

-?

Verteifereinspritzpumpe

VST-lader: Turbolader mit -?

variabler Schieberturbine

VTG -lader: Turbolader mit

SZ: Schwärzungszahl

PWG: Pedalwertgeber -> (Fahrpedal-)

Vertei/erein -

VR-Pumpe: Radialkolben-

USA Pkw) SV: Spritzverzug

-?

VP44: Radialkolben-

SUlEV: Super Ultra-low·Emission

Verteilereinspritzpumpe

PTC: Positive Temperature Coefficient

-?

variabler Turbinengeometrie

(-> Trübungsmessung)

W

Sensor PWM-Signal: --> Puls-Weiten Moduliertes (Ansteuer-)Signal PZEV: Partial Zero-Emission Vehicle

T

WSD: Wear Scar Diameter

TA: Type Approval (Typzertilizierung)

("Verschleißkalotten" -Durchmesser

TAS: -> Temperaturabhängiger

bei der HFRR-Methode)

(--> Abgasgesetzgebung USA Pkw)

Startanschlag TD-Signal: Drehzahlsignal TLA: -> Temperaturabhängige

R -7

Reiheneinspritzpumpe

RDV: Rückströmdrosselventil

Leerlaufanhebung TLEV: Transitional Low-Emission

Gleichraumventil

RE: Elektrisches Stellwerk der Reiheneinspritzpumpen

ZW(M)-Pumpe: --> Reihen·

U UDC: Urban Driving Cycle (-> Abgas-

Ra, ROU: mechanische -> LeerlaufEnddrehzahlregler oder

-> Enddrehzahlregler lür Reiheneinspritzpumpen ROUV, ROV, ROV..K: mechanische

(-> Abgasgesetzgebung USA Pkw)

USA Pkw) TO-Signal: Kraftstoff-Verbrauchssignal

(Prülung von -> Reihen -

Alternative Kraftstoffe

ZDR: --> Zwischendrehzahlregelung ZEV: Zero-Emission Vehicle ZV: Zündverzug

einspritzpumpen) RME: Rapsölmethylester

Z

Vehicle (-> Abgasgesetzgebung

RIV: Regler-Impuls-Verfahren

-7

Verteilereinspritzpumpe

SFTP: Supplemental Federal Test

--> Applikationstools

PVB: Polyvinylbutyral

-?

Vn: Hubraum eines Motorzylinders

SE: Einspritzende

Nur-lese-Speichers)

-> (Temperatur-)Sensor

kolben- -? Verteilereinspritzpumpe VE-Pumpe: Axialkolben-

SCR: Selective Catalytic Reduction

EPROM (Programmierung des

PSG: Pumpensteuergerät

einspritzpumpe VE.. MV: Magnetventilgesteuerte Axial-

industrie in den USA) SB: Einspritzbeginn

PROF: Programming 01 Flash-

-7

kolben- ---) Verteilerein spritzpumpe

SAE: Society 01 Automotive Engineers

(-> Nacheinspritzung) -> NE

-7

VE .. EDC: elektronisch geregelte Axial-

S

Abstellvorrichtung (Reiheneinspritzpumpen)

PI

VE.. F: mechanisch Iliehkraftgeregelte

PNAB: --> Pneumatische

R-Pumpe:

VE·Pumpen lührt, die meist keine Vorelnspntzung haben) VE: Verbrennungsende

renzial-Kurzschlussring-)Sensor

PlD: Pumpe-leitung-Düse

-7

zu Verwechslungen mil d n

RSUV, RSV: mechanische

Pkw: Personenkraftwagen

Voreinspritzung

wird hier mchl verwendet, da sie

Gleichraumventil

-> Alldrehzahlreglerfür

-4

(Anmerkung : Diese Abkurzung

RSD: Rückströmdrosselventil

-> VE PLA: -> Pneumatische Leerlauf-

V

Enddrehzahlregler oder Reiheneinspritzpumpen

Rollenstößel

Abkürzungen

Testzyklus Europa Pkw) UDDS: Urban Dynamometer Driving Schedule (-> Abgas-Testzyklus USA Pkw) = --> FTP72-Testzyklus U15: --> Unit Injector System UlEV: Ultra-low-Emission Vehicle

(--> Abgasgesetzgebung USA Pkw)

-> Alldrehzahlregler für

UPS: -> Unit Pump System

Reiheneinspritzpumpen

UT: Unterer Totpunkt (des Kolbens)

einspritzpumpe

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Bosch·Fachbücher

Fachwissen aus erster Hand

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Fachwörterbuch Kraftfahrzeugtechnik

Bordnetze • Leitungsdimensionierung • Steckverbindungen • Schaltzeichen und Schaltpläne. Elektromagnetische Verträglichkeit EMV • Starterbatterien • Elektrische Antriebe und Antriebsbatterien • Generatoren. Starter. Entwicklung und Fertigung (Generatoren und Starter) • Werkstatt-Technik (Batterien, Generatoren und Starter) • Lichttechnik. Anlagen für Scheiben- und Scheinwerferreinigung • Mikroelektronik. Sensoren mit Signalverarbeitung und Datenverarbeitung im Kfz. Datenübertragung zwischen elektronischen Systemen mit CAN • Sachwortverzeichnis mit Erläuterung der Abkürzungen

Über 7000 Fachbegriffe der Kraftfahrzeugtechnik in den Sprachen Deutsch, Englisch und Französisch, entnommen aus dem "Kraftfahrtechnischen Taschenbuch", und den Fachbüchern (z. B. dem nebenstehenden) bzw. Heften der Reihe "Fachwissen Kfz-Technik" sowie diverser Schriften und Begriffssammlungen von Fachabteilungen der Bosch-Gruppe.

Hardcover, Format 17 x 24 cm, 4. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, 512 Seiten, gebunden, mit zahlreichen Abbildungen

ISBN 3-528-13874-2

ISBN 3-528-13872-6

Hardcover, Format 17 x 24 cm, 2. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, 513 Seiten, gebunden

Kraftfahrtechnisches Taschenbuch

Das Nachschlagewerk

Kraftfahrtechnisches Taschenbuch das Nachschlagewerk Das Kraftfahrtechnische Taschenbuch ist ein umfassendes Nachschlagewerk. Viele Inhalte der 24. Auflage wurden wieder von Fachleuten aus der Kraftfahrzeugindustrie und von Bosch neu bearbeitet, überarbeitet oder aktualisiert. Der gegenwärtige Stand der Kraftfahrzeugtechnik ist gut aufbereitet und in überschaubarem Umfang enthalten. Viele System darstellungen, Abbildungen und Tabellen geben Einblick in eine faszinierende Technik.

Vollständig aktualisiert, überarbeitet oder erweitert wurden:

Festigkeitsrechnung • Kraftstoffe. Riementriebe. Schadstoffminderung bei Otto- und Dieselmotoren. Schadstoffemission mit Abgasgesetzgehung und Testzyklen • AbgasMesstechnik • Elektrische Antriebe. Elektronisch geregeltes Bremssystem EBS für Nfz. Scheibenreinigung • Glasscheiben. Heizung und Klimatisierung des Fahrgast raums • Leitungsdimensionierung • Bordnetze • Starterbatterien • Controller Area Network CAN • CARTRONIC®

Neu aufgenommene Themen:

Finite Elemente Methode FEM • Schnappverbindungen an Kunststoffteilen • Motorsport. Elektronisches StabilitätsProgramm ESP für Nfz • Adaptive Cruise Control ACC für Nfz • Schließsysteme • Innenraumfilter für Pkw. Elektronische Rundumsicht mit Fahrerassistenzsystemen • Biometrische Systeme. MultimediaVernetzung • Nationalitätszeichen • Erläuterung zu Abkürzungen der Kfz-Technik ｾ＠

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Das "blaue Buch" von Bosch ist inzwischen ein Bestseller im Bereich technischer Literatur. Es ist weltweit das Nachschlagewerk für präzise und kurz gefasste Informationen zum Thema Kraftfahrzeugtechnik. Vorangegangene Auflagen sind auch in Englisch, Französisch, Niederländisch, Spanisch, Russisch, Chinesisch und Japanisch erschienen. Format 12 x 18 cm, 24. aktualisierte und erweiterte Auflage, 1035 Seiten, gebunden, mit zahlreichen Abbildungen ISBN 3-528-13876-9