Gemischbildung Diesel - Grundlagen - Motor Abgasanlage
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Motor Abgasanlage Diesel
Bildquelle: Bosch
Gemischbildung Diesel
Grundlagen
AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/17
L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013
Motor Abgasanlage Diesel INHALTSVERZEICHNIS COMMON RAIL..................................................................................................................................... 3 KRAFTSTOFFSYSTEM ........................................................................................................................ 6 Förderpumpe ...........................................................................................................................................................6 Funktion Hochdruckpumpe......................................................................................................................................6 Hochdruckpumpen-Mengensteuerung über SCV Ventil .........................................................................................7 INJEKTOR............................................................................................................................................. 8 INJEKTOR AUFBAU UND FUNKTION ................................................................................................ 9 Injektor geschlossen (Ruhezustand): ....................................................................................................................10 Injektor öffnet (Einspritzbeginn):............................................................................................................................10 Injektor schließt (Einspritzende): ...........................................................................................................................10 VERTEILERROHR .............................................................................................................................. 11 KONSTRUKTION EVA STEUERUNG ................................................................................................ 12 EINSPRITZMENGE ............................................................................................................................. 13 MECHANISCHE ÄNDERUNG MIT DRUCKABREGLUNGSVENTIL ................................................. 14 Vorteile mit Druckabregelungsventil ......................................................................................................................14 WEITERE DIESELSYSTEME ............................................................................................................. 15 Pumpe-Düse-Einheit PDE .....................................................................................................................................15 Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe...................................................................................................................16 DIESEL ODER BENZINER: ................................................................................................................ 17 AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 2/17 L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013
Motor Abgasanlage Diesel
Common Rail
Speichereinspritzsystem "Common Rail".
1 Kraftstoffbehälter, 2 Filter, 3 Vorförderpumpe, 4 Hochdruckförderpumpe, 5 Druckregelventil,
6 Drucksensor, 7 Verteilerleiste, 8 Injektoren, 9 Sensoren, 10 elektronisches Steuergerät
Das Speichereinspritzsystem "Common Rail" macht es möglich, das Einspritzsystem
zusammen mit Funktionserweiterungen in den Dieselmotor zu integrieren und zusätzliche
Freiheitsgrade für die Verbrennungsentwicklung zu erzielen.
Das wesentliche Merkmal des Common Rail Systems ist, dass der Einspritzdruck
unabhängig von der Motordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt werden kann.
Die Entkopplung von Druckerzeugung und Einspritzung geschieht mit Hilfe der gemeinsamen
Verteilerleiste (Common Rail
Eine Kolbenpumpe in Hochdruckausführung erzeugt den Druck. Bei Hochdruckpumpen wird
der gewünschte Raildruck über ein an der Pumpe oder am Rail sitzendes Druckregelventil
oder eine Mengenregelung geregelt. Der Injektor als Kernstück des Systems hat die
Aufgabe, den Kraftstoff korrekt in den Brennraum einzubringen. Ein zum richtigen Zeitpunkt
abgegebener Impuls des Steuergerätes an das Magnetventil im Injektor leitet den
Einspritzvorgang ein. Öffnungsdauer und Systemdruck bestimmen die eingebrachte
Kraftstoffmenge.
Steuergerät, Sensoren und weitgehend auch die Systemfunktionen sind bei dem Common
Rail System gleich wie bei den anderen zeitgesteuerten Einzelpumpensystemen.
Quelle: Bosch
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Motor Abgasanlage Diesel
1CD-FTV Motor
• L4 1995 cm3 mit Turbolader und Intercooler
• 4 Ventile / Zylinder
• bis 1350 bar Einspritzdruck
• Gesteuerter Einspritzdruck, Drosselklappe & EGR
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Motor Abgasanlage Diesel
Toyota 1 CD-FTV Motor
: Sensoren
Motorsteuerung : Stellglieder
Drosselklappe
Luftmassenmesser (Schrittmotor)
Ansauglufttempera-
turfühler Ansauglufttemp. Fühler
E-VRV (Für EGR)
Ladedrucksensor
VSV (für EGR
schliessen) VSV (für
Ladedrucksenor)
Nockenwellenposition
Glühkerzen
Einspritzventile
Wassertemperatur-
sensor
Kurbelwellenposition
1CD-FTV Motor : Sensoren
Motorsteuerung : Stellglieder
Nockenwellensensor Einspritzventile
VSV (für EGR
schliessen)
Glühkerzen
E-VRV(für EGR
Ladedrucksensor Steuerung)
Wassertemp.. Sensor
Kurbelwellenposition
Ansauglufttemp.
VSV (für
Ladedrucksensor)
Drosselklappe
(Schrittmotor)
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Motor Abgasanlage Diesel
Kraftstoffsystem
Förderpumpe
Einlass
Kraftstoff -
Temperatur Antriebswelle
Sensor
Auslass Druckregler
Saughub- Rückschlagventile
steuerventile
Funktion Hochdruckpumpe
Kolben A: pumpen beendet Kolben A: Ansaugen
Kolben B: pumpen Beginn Kolben B: pumpen
Kolben C: ansaugen beendet Kolben C:
Rückschlag Exzenter-
-ventil ring
Kolben A
Kolben B
MPRO Exzenter
P
Kolben
: von Förderpumpe : zum Common-Rail
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Motor Abgasanlage Diesel
– Hochdruckpumpe HP3
• Mengensteuerung über SCV (Querschnitt grösser od. kleiner), das
SCV ist nicht zeitgesteuert, sondern über ein Taktsignal
Pulsweitenmoduliert
Durchlass klein
Fördermenge
Hochdruckpumpen-Mengensteuerung über SCV Ventil
Durchlass gross
Fördermenge
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Motor Abgasanlage Diesel
Injektor
Korrektur- EDU
Widerstand Signal
vom
Common
Rücklauf -rail
Einspritzventil
Bohrungen 6
135 Mpa
Einspritzdruck
(1377 kgf/cm2)
Spannung 150 V
Injection
1ND-TV Engine
Return to
Fuel Tank EDU
Signal
• Common-rail System From
Common
– Injector -rail
• Compact and electricity
saving injectors
are used
Injector Specification
Injector Hole 5
160 Mpa
Injector Pressure
(1632 kgf/cm2)
Injection
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Motor Abgasanlage Diesel Injektor Aufbau und Funktion AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 9/17 L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013
Motor Abgasanlage Diesel Injektor geschlossen (Ruhezustand): Das Magnetventil ist im Ruhezustand nicht angesteuert und damit geschlossen (Bild 16a). 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 Stirnfläche des Steuerkolbens aufgebrachte Kraft und die Kraft der Düsenfeder halten die Düsennadel gegen die öffnende Kraft, die an deren Druckstufe angreift, geschlossen. Injektor öffnet (Einspritzbeginn): Der Injektor befindet sich in Ruhelage. Das Magnetventil wird mit dem sogenannten Anzugsstrom angesteuert, was einem schnellen Öffnen des Magnetventils dient (Bild 16b). 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 Ablaufdrossel kann nun Kraftstoff aus dem Ventilsteuerraum in den darüberliegenden Hohlraum und über den Kraftstoffrücklauf zum Kraftstoffbehälter abfließen. Die Zulaufdrossel verhindert einen vollständigen Druckausgleich, und der Druck im Ventilsteuerraum 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 Zu- und 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. Injektor schließt (Einspritzende): Wird das Magnetventil nicht mehr angesteuert, so wird der Anker durch die Kraft der Ventilfeder nach unten gedrückt, und die Kugel verschließt die Ablaufdrossel. 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 Feder überschreiten nun die Kraft aus dem Kammervolumen, und die Düsennadel schließt. Die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wird durch den Durchfluss der Zulaufdrossel bestimmt. Die Einspritzung endet, wenn die Düsennadel ihren unteren Anschlag wieder erreicht. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 10/17 L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013
Motor Abgasanlage Diesel
Verteilerrohr
• Reduktion von Vibrationen und Geräuschen im
Kraftstoffsystem
Druckabreglungs- Drucksensor
Druckbegrenzer
ventil
Common-Rail Kraftstoffhochdruck 30-135 MPa
Drucksensor Erfasst den Kraftstoffdruck
Druckbegrenzer Druckabbau bei nicht korrektem, zu hohen Druck
Druckabreglungs-
Regelt den Druck im Verteilerrohr
ventil
Von Hochdruckpumpe Einspritzventile Zum Tank
1ND-TV Engine
• Common-rail System
– Common-rail
• Reducing the vibration and noise of fuel system
Fuel Pressure
Sensor
Fuel Pressure
Regulator
Common-rail High fuel pressure 25-160 MPa
Fuel Pressure Sensor Detects the fuel pressure
Fuel Pressure Regulator Main controller of the common rail pressure by releasing high pressure
From Supply Pump To Injector
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L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013Motor Abgasanlage Diesel
Konstruktion EVA Steuerung
150V DC
TWV1
Drehzahl Ne Inj.1
TWV2
Kurbelwellenpos. G EDU Inj.2
TWV3 EDU
Kraftstoffdruck PCR Inj.3
TWV4
Ladedruck Pim Inj.4
R inj1
Ansauglufttemp. THA R inj2
Kühlmitteltemp. THW R inj3
Drosselklappe THOP R inj4
Gaspedalpos. IDL/VA/VAS SCV1,2 Saughubsteuerventil
Luftmasse VG LU A,B Schrittmotor Drosselklappe
ECU
ECU
Kraftstofftemp. THF HREL Heizungsrelais
Zündung IG/STA EGR EGR VRV
Fz.-Geschwind. SPD G-IND Vorglühanzeigeleuchte
Lüfterschalter BLW S-REL Vorglührelais
A/C ECU AC EDUREL EDU Relais
Alternator DF TAC Tachometer
Max heiss Schalter MXH PA VSV für PIM
Wegfahrsperre IMI/IMO ACT A/C Steuerung
DLC3 SIL THWO Temperaturanzeige
MREL Hauptrelais
W MIL
Eingangssignale
• Motordrehzahl Ne
• Kurbelwinkel G
• Gaspedalposition
• Kraftstoffdruck
• Ansaugrohrdruck PIM
• Drosselklappe
• Luftmasse
• Ansaugluft- Kühlmittel-Kraftstofftemperatur THA,THW, THF
• Heizungslüfter und Temperatureinstellung
• Alternator
• Wegfahrsperre
Steuerung
• Einspritzmenge
• Förderbeginn
• Leerlaufregelung
• Drosselklappe
• EGR Steuerung
• Vorglühanlage
• Zusatzheizung
• Wegfahrsperre
• Ladedruck
• Diagnose
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L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013Motor Abgasanlage Diesel
Einspritzmenge
Engine ECU
Gaspedalposition
Motordrehzahl Basis-
Basis-
einspritzmenge
einspritzmenge
Kühlmitteltemperatur
Ansauglufttemp. n. I-cooler
Ladedruck Korrektur
Korrektur Saughubsteuerventie
Saughubsteuerventie
Luftmasse Hochdruckpumpe
Hochdruckpumpe
Kraftstoffdruck
Atm. Ansauglufttemperatur
EDU
EDU Einspritzventile
Einspritzventile
Pilot/Haupt Einspritzung
– Reduziert NOx und Lärm
Die Piloteinspritzung ermöglicht also eine ruhigere und weniger heisse Verbrennung. Da aber bei
hohen Drehzahlen die Zeit zwischen zwei Einspritzungen sehr kurz wird, wird die Piloteinspritzung ab
einer gewissen Drehzahl eingestellt.
AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 13/17
L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013Motor Abgasanlage Diesel
Mechanische Änderung mit Druckabreglungsventil
Druckabreglungsventil
Druckabreglungsventil
Verbesserte Drucksteuerung im
Verteilerrohr Druckbegrenzer
Drucksensor
Common-Rail
Genauere Kraftstoffdosierung
Geringere Geräuscheentwicklung
Pumpe
Gaspedal- Injector
position Steuerung Überdruck Filter
während Anstieg
EDU
Soll- Tank ECU
druck Effektiver
Druck Verbesserte Drucksteuerung bei
Drucksenkung
Rail Druck
Vorteile mit Druckabregelungsventil
System
Druckabbau
Druckabreglungsventil
Drucksensor
Common-Rail Druckbegrenzer Rasch vom “Gas”
Gaspedal-
position
Effektiver
Druck
Verteilerrohrdruck
Pumpe Injector Solldruck
Filter Starker Lärm
EDU
Tank ECU
AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 14/17
L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013Motor Abgasanlage Diesel
Weitere Dieselsysteme
Pumpe-Düse-Einheit PDE
Einsatz: - DI Motoren
Aufbau: - Betätigung der Hochdruckeinheit über die Nockenwelle
- Der erzeugte Hochdruck wird durch ein Elektro-Hochdruckventil gesteuert
- Sequentielle Einspritzung und Voreinspritzung sind möglich
- Einspritzdrücke zwischen 600 und 2000 bar
AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 15/17
L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013Motor Abgasanlage Diesel
Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe
Einsatz: - DI Motoren
Aufbau: - Teilelektronik auf der Pumpe
- Hochdruckmagnetventil
- Radialkolbenpumpe
- Einspritzdrücke zwischen 600 und 1600 bar
- An Stelle einer Hubscheibe wurde ein Kurvenring zur Betätigung der
Hochdruckpumpe gewählt
- Mengensteuerung mittels Magnetventil
AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 16/17
L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013Motor Abgasanlage Diesel Diesel oder Benziner: In der Diskussion um den CO2-Ausstoß von Pkw geht so manches durcheinander. Für eine einwandfrei Bewertung müsste jedes Motoren- und Antriebskonzept getrennt voneinander betrachtet werden. Großen Einfluss hat außerdem der Fahrer selbst. Der Dieselmotor gilt gemeinhin als besonders günstig im Hinblick auf seine CO2-Bilanz. Doch je Liter verbrauchtem Kraftstoff gehen beim Selbstzünder wegen der höheren Dichte des Dieselkraftstoffs rund elf Prozent mehr Kohlendioxid durch den Auspuff als beim Benziner. So stößt ein Dieselmotor, der im Durchschnitt 5,9 Liter Sprit je 100 Kilometer verbraucht, 158 Gramm CO2 pro Kilometer aus; ein Benziner mit dem gleichen Durchschnittsverbrauch emittiert lediglich 139 Gramm CO2 je Kilometer. Zudem verschlechtern der Ausstoß von Rußpartikeln sowie die höheren Stickoxid- und Kohlenwasserstoff-Werte die Umweltbilanz des Selbstzünders. Dennoch kommt dem modernen Diesel wegen seines effizienten Umgangs mit dem Kraftstoff eine besondere Bedeutung beim Ziel der weiteren CO2-Reduzierung zu; bei zügigen und längeren Autobahnfahrten ist er die momentan klimafreundlichste Art der automobilen Fortbewegung. Mit Reinigungssystemen wie Partikelfilter und Stickoxid-Katalysator wird außerdem das Abgasverhalten verbessert; dies macht den Diesel in Zukunft aber eher noch teurer. Eine ordentliche CO2-Bilanz kann der Benziner vor allem mit Unterstützung eines Elektromotors erreichen. Insbesondere im Stadtverkehr und bei mittleren Geschwindigkeiten spielt der Hybridantrieb mit Benzin- und Elektroaggregat seine Stärken aus. Die Antriebskombination eignet sich dazu, den Benziner beim Verbrauch und CO2-Ausstoß auf oder sogar unter das Niveau effizienter Dieselmotoren zu drücken - bei gleichzeitig besserer Schadstoffbilanz. So liegt das Toyota- Hybridfahrzeug Prius als vollwertiges Kompakt-Modell mit 4,3 Litern Benzinverbrauch und 104 Gramm CO2-Ausstoß auf dem Niveau des VW-Kleinwagens Polo Bluemotion, der 3,9 Liter Diesel konsumiert und 102 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer emittiert. Die Preise für den Hybridantrieb liegen jedoch zurzeit noch deutlich über dem Niveau eines vergleichbaren Dieselfahrzeugs. Zweifel an der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Antriebssystems haben jüngst die erfolgreichen 100 000-Kilometer-Dauertests des Prius in den Fachzeitschriften "Auto Bild" und "auto motor und sport" ausgeräumt. Für die Batterien hat der japanische Hersteller außerdem ein spezielles Recyclingverfahren entwickelt. Es muss allerdings nicht immer ein vollwertiges Hybridsystem sein: Einzelne Komponenten wie eine Start-Stopp-Automatik oder die Rückgewinnung der Bremsenergie zur Versorgung des Bordnetzes tragen ebenfalls erheblich zur Reduzierung von Verbrauch und CO2- Ausstoß bei, genauso wie moderne Einspritztechnologien. BMW beweist dies in der gerade überarbeiteten kompakten 1er-Baureihe. Als Autofahrer sollte man sich aber nicht allein auf die Technik verlassen; durch eine ökonomische und vorausschauende Fahrweise und weitere Sparmaßnahmen lassen sich der CO2-Ausstoß und der Kraftstoffverbrauch um bis zu 30 Prozent senken. Denn beide in einem genormten Prüfverfahren ermittelten Werte sind untrennbar miteinander verbunden; steigt der eine, verschlechtert sich auch der andere. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 17/17 L:\Kurse\ab 2012\AF 3.1\1 Theorien\2013.01_AF_MO_Gemischbildung_Diesel.doc 12.08.2013
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