Common Rail: Komponenten, Funktionsprinzip und Funktionen

May 30, 2023

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Kunle Shonaike

Bosch brachte 1997 das erste Common-Rail-System auf den Markt. Benannt ist das System nach dem gemeinsamen Hochdruckspeicher (Common Rail), der alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt. Bei herkömmlichen Dieseleinspritzsystemen muss der Kraftstoffdruck für jede Einspritzung einzeln erzeugt werden. Beim Common-Rail-System hingegen sind Druckerzeugung und Einspritzung getrennt, so dass der Kraftstoff stets mit dem erforderlichen Druck für die Einspritzung zur Verfügung steht.

Common-Rail-Systeme sind modular aufgebaut. Jedes System besteht aus einer Hochdruckpumpe, Injektoren, einem Rail und einem elektronischen Steuergerät.

Eine Common Rail ist eine der wichtigsten Komponenten in einem Diesel- und Benzin-Direkteinspritzsystem. Der Hauptunterschied zwischen einer Direkteinspritzung und einer Standardeinspritzung besteht in der Kraftstoffzufuhr und der Art und Weise, wie sich dieser mit der einströmenden Luft vermischt. Beim Direkteinspritzsystem wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt und die Wartezeit im Luftansaugkrümmer entfällt. Gesteuert durch die Elektronikeinheit wird der Kraftstoff direkt dorthin gespritzt, wo die Brennkammer am heißesten ist, wodurch er gleichmäßiger und gründlicher verbrennt.

Die Hauptvorteile der Common-Rail-Direkteinspritzung lassen sich in der Reduzierung der Abgas- und Geräuschemissionen, einer besseren Kraftstoffeffizienz und einer verbesserten Gesamtleistung des Motors zusammenfassen. Das System besteht aus einer Hochdruckpumpe, Injektoren, einem Rail und einem elektronischen Steuergerät.

Die Common Rail ist ein langer Metallzylinder. Es nimmt den Kraftstoff von der Pumpe auf und verteilt ihn unter extrem hohem Druck an die Einspritzdüsen. Der Anstieg des Kraftstoffdrucks ist auf die Konstruktion moderner Motoren zurückzuführen. Sowohl Diesel- als auch Benzinmotoren werden tendenziell kleiner und leichter, um eine bessere Kraftstoffeffizienz und eine bessere Leistung zu erzielen, was den Kraftstoffdruck erhöht und völlig neue Maßstäbe für die Herstellung eines hochwertigen Common-Rail-Systems setzt.

Erstens ist die geometrische Genauigkeit des Bauteils von entscheidender Bedeutung. Präzises Design trägt zu einer besseren Common-Rail-Leistung bei. Schon eine minimale Größen- oder Formschwankung kann zu Ausfällen führen. Die Definition der richtigen Parameter in der Designphase ist wichtig, aber was wirklich zählt, ist die strikte Einhaltung dieser Parameter während des Herstellungsprozesses.

Auch die Materialauswahl ist ein nicht zu unterschätzender Punkt. Gute mechanische Eigenschaften sorgen für Festigkeit und verhindern Korrosion. Die verwendeten Materialien sind in der Regel Stahl und Edelstahl. Die Common Rail für Dieselmotoren besteht aus Stahl, während die Common Rail für Benzinmotoren aus Edelstahl besteht, da der Kraftstoff zu korrosiv ist und Edelstahl eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Stahl aufweist.

Common-Rail-Direkteinspritzung

Die meisten Kraftstoffsysteme moderner Motoren verwenden eine fortschrittliche Technologie, die als CRDi oder Common-Rail-Direkteinspritzung bekannt ist. Sowohl Benzin- als auch Dieselmotoren verwenden ein gemeinsames „Kraftstoffverteilerrohr“, das den Einspritzdüsen den Kraftstoff zuführt. Bei Dieselmotoren bezeichnen die Hersteller diese Technologie jedoch als CRDi, während sie bei Benzinmotoren als Benzindirekteinspritzung oder Kraftstoffschichteinspritzung bezeichnet wird. Beide Technologien haben ein ähnliches Design, da sie aus einem „Kraftstoffverteiler“ bestehen, der die Einspritzdüsen mit Kraftstoff versorgt. Sie unterscheiden sich jedoch erheblich voneinander hinsichtlich Parametern wie Druck und Art des verwendeten Kraftstoffs.

Bei der Common-Rail-Direkteinspritzung erfolgt die Verbrennung direkt im Hauptbrennraum, der sich in einem Hohlraum oberhalb des Kolbenbodens befindet. Heutzutage verwenden Hersteller die CRDi-Technologie, um einige der Mängel herkömmlicher Dieselmotoren zu überwinden, die bei der Implementierung, insbesondere in Personenkraftwagen, träge, laut und leistungsschwach waren.

Die CRDi-Technologie arbeitet mit dem Motor-ECU zusammen, das Eingaben von verschiedenen Sensoren erhält. Anschließend berechnet es die genaue Kraftstoffmenge und den Einspritzzeitpunkt. Das Kraftstoffsystem verfügt über intelligentere Komponenten und steuert diese elektrisch / elektronisch. Darüber hinaus werden die herkömmlichen Einspritzdüsen durch fortschrittlichere, elektrisch betriebene Magneteinspritzdüsen ersetzt. Sie werden durch ein ECU-Signal in Abhängigkeit von Variablen wie Motordrehzahl, Last, Motortemperatur usw. geöffnet.

Ein Common-Rail-System verwendet ein „gemeinsames Kraftstoffverteilerrohr für alle Zylinder“ oder in einfachen Worten ein „Kraftstoffverteilungsrohr“. Es hält den optimalen Restkraftstoffdruck aufrecht und fungiert außerdem als gemeinsamer Kraftstoffbehälter für alle Einspritzdüsen. Im CRDi-System speichert die Kraftstoffverteilerleiste den Kraftstoff ständig und versorgt die Magnetventil-Einspritzdüsen mit dem erforderlichen Druck. Dies ist das genaue Gegenteil von der Kraftstoffeinspritzpumpe, die Diesel über unabhängige Kraftstoffleitungen zu den Einspritzdüsen liefert, wie es bei der Konstruktion früherer Generationen (DI) der Fall ist.

Arbeitsweise

Bei herkömmlichen Dieseleinspritzsystemen muss der Kraftstoffdruck für jede Einspritzung einzeln erzeugt werden. Beim Common-Rail-System hingegen sind Druckerzeugung und Einspritzung getrennt, so dass der Kraftstoff stets mit dem erforderlichen Druck für die Einspritzung zur Verfügung steht. Die Druckerzeugung erfolgt in der Hochdruckpumpe.

Die Pumpe verdichtet den Kraftstoff und fördert ihn über eine Hochdruckleitung zum Einlass des Rails, das als gemeinsamer Hochdruckspeicher für alle Injektoren fungiert – daher der Name „Common Rail“.

Von dort wird der Kraftstoff auf die einzelnen Injektoren verteilt, die ihn in den Brennraum des Zylinders einspritzen.

Hochdruckpumpen

Die Hochdruckpumpe verdichtet den Kraftstoff und fördert ihn in der benötigten Menge. Es fördert ständig Kraftstoff zum Hochdruckspeicher (Rail) und hält so den Systemdruck aufrecht. Der erforderliche Druck steht auch bei niedrigen Motordrehzahlen zur Verfügung, da die Druckerzeugung nicht an die Motordrehzahl gekoppelt ist. Die meisten Common-Rail-Systeme sind mit Radialkolbenpumpen ausgestattet. Bei Kleinwagen kommen auch Systeme mit Einzelpumpen zum Einsatz, die mit niedrigem Systemdruck arbeiten.

Injektoren

Der Injektor in einem Common-Rail-System besteht aus der Düse, einem Aktor bei Piezo-Injektoren bzw. einem Magnetventil bei Magnetventil-Injektoren sowie hydraulischen und elektrischen Anschlüssen zur Betätigung der Düsennadel.

Es ist in jedem Motorzylinder eingebaut und über ein kurzes Hochdruckrohr mit dem Rail verbunden. Der Injektor wird von der elektronischen Dieselsteuerung gesteuert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Düsennadel durch den Aktor, sei es Magnetventil oder Piezo, geöffnet oder geschlossen wird. Injektoren mit Piezoaktoren sind etwas schmaler und arbeiten besonders geräuscharm. Beide Varianten weisen ähnlich kurze Schaltzeiten auf und ermöglichen Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung, um in jedem Betriebspunkt eine saubere und effiziente Kraftstoffverbrennung zu gewährleisten.

Komponenten von CRDi

Einige Arten von Kraftstofftanks verfügen außerdem über einen Kraftstoffabscheider am Boden des Filters, um den Wassergehalt vom Kraftstoff abzutrennen.

Funktionen des Systems

Das Dieseleinspritzsystem hat vier Hauptfunktionen:

Kraftstoffzufuhr

Pumpenelemente wie Zylinder und Kolben sind in das Gehäuse der Einspritzpumpe eingebaut. Der Kraftstoff wird auf hohen Druck komprimiert, wenn der Nocken den Kolben anhebt, und dann zur Einspritzdüse geleitet.

Kraftstoffmenge anpassen

Bei Dieselmotoren erfolgt die Luftansaugung nahezu konstant, unabhängig von Drehzahl und Last. Ändert sich die Einspritzmenge mit der Motordrehzahl und ist der Einspritzzeitpunkt konstant, ändern sich Leistung und Kraftstoffverbrauch. Da die Motorleistung nahezu proportional zur Einspritzmenge ist, wird diese über das Fahrpedal eingestellt.

Einspritzzeitpunkt anpassen

Die Zündverzögerung ist die Zeitspanne zwischen dem Einspritzen, Zünden und Verbrennen des Kraftstoffs und dem Erreichen des maximalen Verbrennungsdrucks. Da dieser Zeitraum unabhängig von der Motordrehzahl nahezu konstant ist, wird ein Timer verwendet, um den Einspritzzeitpunkt anzupassen und zu ändern – so kann eine optimale Verbrennung erreicht werden.

Zerstäubung von Kraftstoff

Wenn der Kraftstoff von der Einspritzpumpe unter Druck gesetzt und dann aus der Einspritzdüse zerstäubt wird, vermischt er sich gründlich mit der Luft und verbessert so die Zündung. Das Ergebnis ist eine vollständige Verbrennung.

Funktionsprinzip von CRDi

Eine Hochdruckpumpe liefert unter Druck stehenden Kraftstoff. Die Pumpe verdichtet den Kraftstoff auf einen Druck von etwa 1.000 bar bzw. etwa 15.000 psi. Anschließend leitet es den unter Druck stehenden Kraftstoff über eine Hochdruckleitung zum Einlass des Kraftstoffverteilers. Von dort aus verteilt die Kraftstoffverteilerleitung den Kraftstoff auf einzelne Einspritzdüsen, die ihn dann in den Brennraum einspritzen.

Die meisten modernen CRDi-Motoren verwenden das Unit-Injector-System mit Turbolader, das die Leistungsabgabe steigert und strenge Emissionsnormen erfüllt. Darüber hinaus verbessert es die Motorleistung, die Gasannahme, die Kraftstoffeffizienz und kontrolliert die Emissionen. Abgesehen von einigen Designänderungen bleiben das Grundprinzip und die Funktionsweise der CRDi-Technologie weitgehend gleich. Seine Leistung hängt jedoch hauptsächlich von der Brennkammerkonstruktion, den Kraftstoffdrücken und der Art der verwendeten Einspritzdüsen ab.

Vorteile und Nachteile

Vorteile

(1) Geringere Emissionen: Einer der Gründe, warum Fahrzeughersteller Common-Rail-Dieselmotoren erfunden haben, war, dass die Regierung strengere Vorschriften für CO2-Emissionen erlassen hat. Erinnern Sie sich noch an die Zeit, als große Diesel-Lkw viel schwarzen Rauch in die Luft ausstießen? Das sieht man kaum noch, weil der Common-Rail-Dieselmotor darauf ausgelegt ist, diese Emissionen zu reduzieren. Das ist besser für die Umwelt und kommt der Bekämpfung der globalen Erwärmung einen Schritt näher.

(2) Mehr Leistung: Studien haben gezeigt, dass Fahrzeuge mit einem Common-Rail-Dieselmotor 25 Prozent mehr Leistung produzieren als ein herkömmlicher Dieselmotor. Dadurch wird die Gesamtleistung des Dieselmotors verbessert.

(3) Weniger Lärm: Direkteinspritzsysteme waren dafür bekannt, dass sie beim Fahren laut waren. Die Common Rail reduziert viele Geräusche, die Sie vielleicht noch gehört haben. Dadurch wird das Fahrerlebnis für Sie und Ihre Mitmenschen auf der Straße angenehmer.

(4) Weniger Vibrationen: Früher waren bei herkömmlichen Dieselmotoren mit Direktantrieb starke Vibrationen zu spüren. Jetzt wurden diese Vibrationen durch das Common-Rail-Direkteinspritzsystem reduziert.

(5) Bessere Kilometerleistung: Da der Common-Rail-Dieselmotor mehr Leistung liefert, bedeutet dies, dass Sie eine bessere Kraftstoffverbrauchsleistung erzielen. Dadurch sinkt auch Ihr Kraftstoffverbrauch. Das bedeutet, dass Sie unterwegs weniger Geld für Kraftstoff ausgeben müssen.

Nachteile

(1) Teures Fahrzeug: Fahrzeuge mit Common-Rail-Dieselmotor werden teurer sein als Fahrzeuge mit herkömmlichem Dieselmotor. Wenn Sie für ein Unternehmen arbeiten, das Ihnen das Fahrzeug liefert, ist das kein Problem. Wenn es sich jedoch um ein Privatfahrzeug handelt, möchten Sie das zusätzliche Geld möglicherweise nicht ausgeben.

(2) Teure Teile:Da die Common-Rail-Fahrzeuge teurer sind, ist davon auszugehen, dass auch Ersatzteile teuer sein werden.

(3) Mehr Wartung: Common-Rail-Dieselmotoren benötigen mehr Wartung als herkömmliche Dieselmotoren. Auch wenn Sie die Wartung selbst durchführen, kostet sie dennoch mehr Zeit, Mühe und möglicherweise auch Kosten.

Aus dem Internet gekeult

Das Öl, das speziell für die Wartung meines Passat-Autos erwähnt wird, ist Castrolöl. Aber das Öl ist knapp und, wenn man es sieht, ziemlich teuer. Kann ich jede andere Ölsorte verwenden? Danke mein Herr. Anonym

Ich glaube, es ist nur eine Vereinbarung zu Marketingzwecken. Wenn Sie die genauen Spezifikationen kennen, können Sie jede andere Marke kaufen, die über die Spezifikationen verfügt.

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Manchmal ist es die einzige Alternative, die Sie haben. Abhängig vom Schaden am alten Motor können Sie den Schaden jedoch möglicherweise noch retten. Aber nur Ihr Mechaniker kann den Schaden feststellen.

Generische Codes

P0697:Stromkreis der Sensorreferenzspannung „C“ offen

Bedeutung

Das Steuermodul verfügt über interne 5-Volt-Referenzbusse, die als 5-Volt-Referenz bezeichnet werden. Jeder Referenzbus stellte einen 5-Volt-Referenzstromkreis für mehr als einen Sensor bereit. Daher wirkt sich ein Fehlerzustand an einem 5-Volt-Referenzstromkreis auf die anderen 5-Volt-Referenzstromkreise aus, die an den Referenzbus angeschlossen sind. Das Steuermodul überwacht die Spannung an den 5-Volt-Referenzbussen.

Mögliche Ursachen

Bedeutung

Das Steuermodul verfügt über interne 5-Volt-Referenzbusse, die als 5-Volt-Referenz bezeichnet werden. Jeder Referenzbus stellte einen 5-Volt-Referenzstromkreis für mehr als einen Sensor bereit. Daher wirkt sich ein Fehlerzustand an einem 5-Volt-Referenzstromkreis auf die anderen 5-Volt-Referenzstromkreise aus, die an den Referenzbus angeschlossen sind. Das Steuermodul überwacht die Spannung an den 5-Volt-Referenzbussen.

Mögliche Ursachen

P0699:Sensorreferenzspannung „C“-Schaltkreis hoch

Bedeutung

Das Steuermodul verfügt über interne 5-Volt-Referenzbusse, die als 5-Volt-Referenz bezeichnet werden. Jeder Referenzbus stellte einen 5-Volt-Referenzstromkreis für mehr als einen Sensor bereit. Daher wirkt sich ein Fehlerzustand an einem 5-Volt-Referenzstromkreis auf die anderen 5-Volt-Referenzstromkreise aus, die an den Referenzbus angeschlossen sind. Das Steuermodul überwacht die Spannung an den 5-Volt-Referenzbussen.

Mögliche Ursachen

P0700:Fehlfunktion des Getriebesteuerungssystems

Bedeutung

Das Getriebesteuergerät überwacht die Fehlfunktion von Sensoren und Aktoren der Getriebesteuerung. Wenn das TCM eine Fehlfunktion der Steuerung erkennt, wird ein Signal an das Motorsteuergerät gesendet, um die Motorleuchte oder die Leuchte „Motor bald warten“ auszulösen. Das ECM speichert den P0700-Code und bedeutet, dass das TCM eine Fehlfunktion der Getriebesteuerung erkannt hat.

Technische Hinweise

Da es sich bei P0700 nur um einen informativen Code handelt, überprüfen Sie das TCM auf weitere Codes, um das Problem zu beheben.

Mögliche Symptome

Mögliche Ursachen

P0701:Reichweite/Leistung des Getriebesteuerungssystems

Bedeutung

Das Getriebesteuermodul hat andere Fehlercodes für die Getriebediagnose erkannt. Dieser Fehlercode aktiviert den Notlaufmodus.

Mögliche Ursachen

P0702:Getriebesteuermodul

Bedeutung

Der Code wird vom Motorsteuergerät ausgelöst, wenn im Getriebesteuergerät ein Code gespeichert ist

Mögliche Ursachen

P0703:Leistung des Bremsschalters

Bedeutung

Das Motorsteuermodul hat Beschleunigungen und Verzögerungen erkannt, ohne dass der Bremsschalter geändert wurde

Technische Hinweise

Überprüfen Sie, ob das Bremslicht mit dem Bremspedal funktioniert. Wenn die Bremslichter nicht funktionieren, ersetzen Sie den Bremsschalter oder stellen Sie ihn ein.

Mögliche Symptome

Mögliche Ursachen

P0704:Fehlfunktion des Eingangsschaltkreises des Kupplungsschalters

Bedeutung

Wenn das Kupplungspedal gedrückt wird, ist das Spannungssignal vom Kupplungsschalter zum Motorsteuermodul niedrig. Wenn das ECM diesen Wechsel von hoch zu niedrig nicht erkennt, wenn das Fahrzeug über 0 Meilen pro Stunde fährt, setzt das ECM den Code P0704.

Wann wird der Code erkannt?

Das ECM hat keine Bewegung im Kupplungspedalpositionsschalter festgestellt

Technische Hinweise

Überprüfen Sie die Einstellung des Kupplungsschalters. Der Schalter sollte sich öffnen und schließen, wenn das Kupplungspedal gedrückt wird. Wenn der Schalter richtig eingestellt ist, ersetzen Sie den Kupplungsschalter, um das Problem zu beheben.

Mögliche Ursachen

P0705:Fehlfunktion im Schaltkreis des Übertragungsbereichssensors

Bedeutung

Der Park-/Neutralstellungsschalter umfasst einen Getriebebereichsschalter. Der Getriebebereichsschalter erkennt die Wählhebelposition, wenn sich der Schalthebel in der N- oder P-Schaltposition befindet, und sendet ein Signal an das Getriebesteuermodul.

Wann wird der Code erkannt?

Der Getriebebereichsschalter erkennt die Wählhebelposition und sendet ein Signal an das TCM.

Mögliche Ursachen

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