KIM II Kapitel 18: Common-Rail-System

  1. Was sind die wesentlichen Komponenten eines Common-Rail-Systems? Was ist ihre Funktion?
    • Komponenten:
    • Niederdruckteil: (für die Niederdruckförderung des Kraftstoffes=
    • Kraftstoffbehlter
    • Förderpumpe mit Vorfilter (Versorgung der Hochdruckpumpe mit genügend Kraftstoff in jedem Betriebszustand)
    • Niederdruckkraftstoffleitung für Zu- und Ablauf
    • Kraftstofffilter
    • Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe

    • Hochdruckteil: (Hochdruckerzeugung, Kraftstoffverteilung, Kraftstoffzumessung)
    • Hochdruckpumpe mit Elementabashcaltventil und Druckregelventil zur Bereitstellung von genügend Kraftstoff (verdichtet) in alle Betriebszuständen
    • Mengenregelung -> Magnetventil dosiert Kraftstoffmenge, die der Hochdruckpumpe zugeführt wird -> Volumenstromregelventil
    • Hochdruckspeicher (Rail) zur Speicherung des Kraftstoffes bei hohem Druck und zur Dämpfung von Druckschwingungen (Einspritzung, Pumpen) durch das Railvolumen
    • Raildrucksensor zur Messung des aktuellen Raildrucks mit ausreichender Genauigkeit und liefern eines Spannungssignals an das Steuergerät
    • Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des maximalen Drucks im Rail (Verbindung zum Rücklauf)
    • Durchflussbegrenzer zur Verhinderung des unwahrscheinlichen Falles einer Dauereinspritzung eines Injektors
    • Injektor zur Einspritzung (Spritzbeginn und Einspritzmenge) (elektrisch)
  2. Skizziere sie ein Common-Rail-System mit allen notwendigen Bauteilen.
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    • 1. Kraftstoffbehälter
    • 2. Vorfilter
    • 3. Vorförderpumpe
    • 4. Kraftstofffilter
    • 5. Niederdruck - Kraftstoffleitungen
    • 6. Hochdruckpumpe
    • 7. Hochdruck - Kraftstoffleitungen
    • 8. Rail
    • 9. Injektor
    • 10. Kraftstoffrückleitungen
    • 11. Steuergerät
  3. Wo liegen die Vor- und Nachteile des Common-Rail-Systems gegenüber den nockenbetriebenen Systemen?
    • Vorteile:
    • höhere Flexibilität durch
    • großer Einsatzbereich
    • hoher Einspritzdruck
    • Variabler Spritzbeginn
    • Möglichkeit zur Vor- Haupt- und Nacheinspritzung
    • an Betriebszustand angepasster Einspritzdruck
  4. Skizzieren sie den Injektor eines Common-Rail-Systems und erläutern Sie die Funktionsweise. Was sind die Schwachstellen des Systems?
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  5. Wie ist der schematische Aufbau eines Piezo-Inline-Injektors? Wie funktioniert die Düsennadelsteuerung über das Servoventil? Erläuterern Sie bitte.
    Piezo-Inline-Injektor:

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    • Funktionsweise der Düsennadelsteuerung:
    • Hydraulische Koppler gleicht ein eventuell vorhandenes Spiel aus (z.B. durch Wärmedehnung)
    • Düse wird vom Raildruck im Steuerraum geschlossen gehalten
    • Ansteuern des Piezo-Aktors öffnet das Servoventil -> Druck im Steuerraum wird abgesenkt -> Düse öffnet
    • Beim Schließen des Servoventils erhöht sich der Druck im Steuerraum und die Düsennadel wird geschlossen.

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  6. Wie ist ein Piezoinjektor aufgebaut und welche Schwachstellen weist er auf?
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    Piezoaktoren besitzen nur einen kleinen Weg und müssen gestapelt werden (Bauraum) um einen ausreichender Weg zu verwirklichen.
  7. Was sind die Schwachstellen der herkömmlichen Injektoren und wie helfen Piezoinjektoren dieses Problem zu lösen?
    herkömmlichen Injektoren haben ein zu langes Verzugszeit und erreichen die gewünschte Düsennadelgeschwindigkeiten nicht

    • Piezoaktoren haben eine kleinere Verzugszeit zwischen Ansteuerung und Einspritzbeginn und können dadurch:
    • Kleine reproduzierbare Einspritzmengen erreichen
    • Kurzer Abstände zwischen Einspritzungen sind realisierbar

    weiterhin haben Piezoinjektoren keine direkten Lekagestelle vom Hochdruck- zu Niederdruckbereiche was eine Steigerung des hydraulischen Wirkungsgrades des Gesamtsystems ermöglicht
  8. Wieso ist bei Piezoinjektoren ein sogenannter hydraulischer Umsetzer notwendig?
    um eventuell vorhandenem Spiel z.B. durch Wärmedehnung auszugleichen.
  9. Welche Sensoren / Aktoren / Komponenten sind für den Betrieb eines Pumpe-Düse Systems (Common Rail Systems) notwendig? Beschreiben sie in Stichworten die Funktion der Bauteile? Welche weiteren Komponenten / Schnittstellen fließen in die Elektronik ein?
    • Elektronik:
    • Pumpe-Düse und Common Rail Systeme werden komplett elektronisch gesteuert und benötigen dadurch Schnittstellen zur:
    • Kurbelwelleposition
    • Fahrpedallstellung
    • ESC, ASR und ABS Steuerung
    • Ladedruck
    • Kraftstofftemperatur
    • Ansauglufttemperatur
    • Ansaugluftmasse
    • unter anderem
  10. Skizzieren sie eine Kraftstoffmengengeregelte Hochdruckpumpe (Common-Rail) mit allen notwendigen Komponenten und erläutern sie das System.
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    • 1. Kraftstoffförderpumpe 
    • 2. Volumenstromregelventil (VCV)
    • 3. Hochdruckpumpenelement
    • 4. Hochdruckregelventil (PCV)
    • 5. Vordruckregelventil
    • 6. Schmierventil
    • 7. Sieb-Filter
    • 8. Spalt-Filter

    • A. Kraftstoffzulauf
    • B. Hochdruckanschluss
    • C. Kraftstoffrücklauf

    Die Hochdruckpumpe erzeugt permanent den Systemdruck für den Hochdruckspeicher (Rail). -> Verdichtete Kraftstoff muss nicht mehr speziell für jeden einzelnen Einspritzvorgang zur Verfügung gestellt werden

    Der Kraftstoff wird mit drei radial angeordneten Pumpenkolben innerhalb der Hochdruckpumpe komprimiert -> Drei Förderhüben pro Umdrehung -> geringe Antriebs-Spitzendrehmomente / gleichmäßige Belastung des Pumpenantriebs

    Mengenregelung erfolgt über ein Magnetventil im Hydraulikkopf der Pumpe. Das Ventil dosiert die Kraftstoffmenge, die der Hochdruckpumpe zugeführt wird -> geringe Menge sinkt den Druck im Rail

    Das Druckregelventil stellt den Druck im Rail je nach Lastzustand des Motors. Bei zu hohem Druck -> öffnet und ein Teil des Kraftstoffes fließt über eine Sammelleitung zum Kraftstoffbehälter zurück 


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  11. Welche gegenläufigen Anforderungen sind bei der Dimensionierung des Fuel-Rails zu beachten?
    • kleines Fuel-Rail -> schneller Druckaufbau
    • großes Fuel-Rail -> Ausgleich von Druckschwingungen; konstanter Druck im gesamten Rail
  12. Wie wird beim elektrischen Kurzschluss dem Dauereinspritzen einer Düse mechanisch vorgebeugt? Beschreiben sie das Bauteil. Wie wird bei neueren Systemen auf rein elektronischem Wege vorgegangen?
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    Bei einer Dauereinspritzung sinkt der Druck auf der Auslassseite und der Kolben des Durchflussbegrenzers wird gegen die Federkraft nach unten gedrückt und verschließt so die Zufuhr

    Dauereinspritzen kann auch durch eine Überwachung des Raildrucks elektronisch detektiert werden und wird in neueren Systeme verwendet.
  13. Wieso benötigt ein Common-Rail-System eine Durchflussbegrenzung?
    • Um den unwahrscheinlichen Fall einer Dauereinspritzung zu verhindern.
    • Sollte der Injektor defekt sein und dauerhaft einspritzen, verschließt der Durchlaufbegrenzer den Zulauf zum Injektor und verhindert so eine Dauereinspritzung
  14. Skizzieren und erläutern Sie den Prozess der Düsennadelsteuerung bei
    a) dem magnetgesteuerten Injektor
    b) dem Piezo-Injektor

    Wo liegt der wesentliche Unterschied in der hydraulischen Umsetzung und welche Eigenschaft wird hierbei beeinflusst?
    • a) magnetgesteuerten Injektor
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    b) Piezo-Injektor

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  15. Welche Aufgabe hat beim Piezo-Injektor
    a) der hydraulische Koppler
    b) das Servoventil?
    • a) hydraulischer Koppler: Spielausgleich
    • b) Servoventil: berührungslose Düsennadelsteuerung
  16. Wesentliche Komponenten des Investors sind die Zulauf- und die Ablaufdrossel. Welche Funktionen haben diese jeweils? Was passiert, wenn
    a) die Zulaufdrossel vergrößert wird (reduzierte Drosselwirkung)
    b) die Ablaufdrossel vergrößert wird
    c) beide Drosseln im gleichen Verhältnis vergrößert werden?
    Zu- und Ablaufdrossel verringern in Kombination den Schaltdruck für das Magnetventil. Dabei ist die Zulaufdrossel die wesentliche Größe für das Schließen der Düse, die Ablaufdrossel ist die wesentliche Größe für das Öffnen der Düse.

    a) Wenn nur die Zulaufdrossel vergrößert wird, so erreicht man ein schnelleres Schließen der Düse am Ende des Spritzvorgangs aber gleichzeitig vergrößert sich die Öffnungstotzeit

    b) Wird nur die Ablaufdrossel vergrößert, reduziert sich die Totzeit zwischen dem Anziehen des Magnetventils und dem Öffnen der Düse aber die Schaltkräfte des Magnetventils sind erhöht

    c) In diesem Falle reduziert sich die Schließzeit, allerdings werden die Schaltkräfte für das Magnetventil grösser.
Author
Iblignic
ID
327759
Card Set
KIM II Kapitel 18: Common-Rail-System
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Fragenkatalog von KIM II Original Karten von Toebber Updated von Iblignic
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