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29.11.2016 | Einspritzung | Nachricht | Onlineartikel

Langzeitstabile Injektoren für Nfz-Dieselmotoren

Autor:
Andreas Burkert

Spezielle Common-Rail-Einspritzsysteme für mittlere und große Lkw-Motoren erlauben bis zu neun Einspritzvorgänge pro Verbrennungszyklus. Ein geschlossener Regelkreis garantiert eine hohe Langzeitstabilität.

Mit hochpräzisen, modular aufgebauten Einspritzsystemen verspricht der Zulieferer Delphi bessere Abgaswerte bei Nutzfahrzeug-Dieselmotoren. Das Unternehmen hat dazu neue Common-Rail-Einspritzsysteme für mittlere und große Lkw-Motoren entwickelt. Für die neue F3-Produktfamilie nutzt es die bewährten Grundtechniken der Vorgängergeneration, hat aber einige wesentliche Verbesserungen vorgenommen. Herzstück der Common-Rail-Einspritzsysteme ist die neue Injektorengeneration, die dank einer speziellen Sensorregelung dem Motorsteuergerät Echtzeit-Betriebsdaten des Injektors zur Verfügung stellen kann.

Dabei kommt das Sensordesign ohne zusätzliche Kabel, Schnittstellen oder Bauraum aus. Mit den zeitlich sehr präzisen Daten können - über die gesamte Fahrzeuglebensdauer - für jeden Injektor die Kraftstoffzumessung konstant neu kalibriert und Verschleißerscheinungen von Komponenten kompensiert werden. Delphi geht davon aus, dass die Leistungsdaten der Injektoren sich über die üblicherweise geforderten 1,6 Millionen Kilometer Laufleistung nicht verändern.

Ultrafeine Düse für mehr Einspritzvorgänge

Dank des geschlossenen Regelkreises ist die bisherige, kompromissbehaftete, Injektorkalibration obsolet, die dem Injektorverschleiß und der nachfolgenden Wertedrift Rechnung trug. Die Kalibrationsingenieure können dazu nun ein Setup wählen, da der Injektor mögliche Drifttendenzen selbstständig kompensiert. Der geschlossene Regelkreis erübrigt jetzt zusätzlich das Einscannen der Kennwerte beim Einbau neuer Injektoren, da diese Informationen im Injektor-Speicherelement abgelegt sind und automatisch an das Motorsteuergerät weitergegeben werden. Auf diese Weise wird auch sichergestellt, dass bei einem Injektortausch die Kennwerte gleich mit aktualisiert werden.

Auch bei der Einspritztechnik gelang dem Zulieferer Verbesserungen. So entwickelte es für den neuen DFI 21-Injektor Leichtbau-Ventile mit einem Durchmesser von nur noch einem Millimeter. Zusammen mit Effizienzsteigerungen im Hydrauliksystem, dem geschlossenen Regelkreis und der langzeitstabilen Regelgüte sind jetzt bis zu neun Einspritzvorgänge pro Verbrennungszyklus möglich. Mit der verbesserten Einspritzperformance ist jetzt eine weitgehende Modellierung des gesamten Verbrennungsvorgangs in greifbare Nähe gerückt. So können Temperaturspitzen der Verbrennung und die NOx-Bildung minimiert werden, mit gezielten Nacheinspritzungen lässt sich die Rußbildung reduzieren.

Bessere Einspritzung ermöglicht geringeren Verbrauch

Eigenen Angaben zufolge haben Tests im Hause wie auch bei Motorenherstellern die Langzeitstabilität der Einspritzvorgänge mit präzise definiertem Einspritzbeginn und Einspritzende bestätigt. Die Mehrfach-Voreinspritzung sorgt darüber hinaus für einen sanfteren Verbrennungsstart und einen weicheren Motorlauf. Und laut Kerem Erman, Vizepräsident Powertrain und verantwortlich für Einspritzsysteme bei Delphi, sind "dank des besser formbaren Verbrennungsverlaufs keine so großen Kompromisse bezüglich des Zielkonflikts zwischen CO2-, NOx- und Partikelentstehung mehr notwendig. Das gibt den Motorenentwicklern größere Freiheiten für die Abgasnachbehandlungsstrategie und hilft, den AdBlue-Verbrauch des SCR-Systems und die Systemkosten für die Abgasnachbehandlung nachhaltig zu senken."

Ergänzend rechnet Delphi mit einem um bis zu 1,5 Prozent geringeren Kraftstoffverbrauch durch die Optimierung der Verbrennungsstrategie. Weitere Effizienzpotenziale konnte man durch eine Verbesserung der hydraulischen Prozesse im Kraftstoffsystem erschließen. Delphi wird mit der Produktion der neuen F3-Common-Rail-Produktfamilie etwa 2021 beginnen, abhängig von den Modelleinführungen der Kunden.

Flexible Architektur für mittlere und große Motoren

Die F3-Common-Rail-Produktfamilie wird erstmals bei Delphi für mittlere und große Nutzfahrzeugen gleichermaßen ausgelegt sein. Dank einer Baukastenstrategie ist sie für Motoren mit einem Hubvolumen von 0,7 bis mehr als 3 Liter pro Zylinder geeignet. Wie die F2-Common-Rail-Produktfamilie wird auch die Nachfolgegeneration in den drei bekannten Ausführungen erhältlich sein: erstens als System mit einer Hochdruckpumpe, die nicht in direkter räumlicher Nähe zum Rail montiert wird (F2R). Bei der F2E- und F2P-Technik sind mehrere Hochdruckpumpen verteilt angeordnet.

Bei F2E werden sie von obenliegenden Nockenwellen angetrieben, bei F2P von untenliegenden. Bei allen Varianten bleiben die Abmessungen der neuen Injektoren unverändert, weshalb bisherige Motorengenerationen ohne wesentliche Änderungen sehr kostengünstig auf die neue Einspritzgeneration umgerüstet werden können.

Ein weiterer Baustein des weiterentwickelten Common-Rail-Einspritzsystems ist eine neue Produktfamilie von Motor- und Antriebssteuergeräten. Diese neuen Controller sind deutlich leistungsfähiger als ihre Vorgänger, ihre anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) ermöglichen Funktionen wie etwa zur Erhöhung der funktionalen und Systemsicherheit, für kürzere Kalibrierungszeiten oder für eine SCR-Regelung.

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