Die nächste Generation Common Rail von Bosch

Moderne Einspritztechnik von Bosch macht Dieselmotoren zu sparsamen, leisen und drehmomentstarken Triebwerken. Darauf wies Dr. Ulrich Dohle, bei Bosch Vorsitzender des Bereichsvorstands Dieselsysteme, auf dem 25. Wiener Motorensymposium hin. "Mit den Hochdruck-Einspritzsystemen wie dem Unit Injector – auch Pumpe-Düse genannt – und den drei Generationen des Common Rail haben wir in dichter Innovationsfolge Maßstäbe gesetzt", sagte Dohle beim international renommierten Treffen der Motorenexperten.

Beispielsweise senkt die 2003 eingeführte 3. Generation Common Rail die Emissionen von Dieselmotoren im Vergleich zu bisher lieferbaren Generationen bis zu 20 Prozent, steigert alternativ dazu die erzielbare Motorleistung bis zu fünf Prozent, reduziert den Verbrauch um drei Prozent oder verringert das Motorengeräusch wahrnehmbar um 3 dB(A). "Besonderes Kennzeichen der 3. Generation Common Rail sind die schaltschnellen Piezo-Inline-Injektoren – eine Lösung, die derzeit nur Bosch in Großserie liefern kann", so Dohle.

Aber schon heute arbeiten die Ingenieure in den Labors und an den Prüfständen schon intensiv an der weiteren Verbesserung der Einspritztechnik. Ende 2006 wird Bosch die 3. Generation Common Rail mit 1800 bar statt bisher 1600 bar Systemdruck vorstellen, die den Motorenentwicklern noch mehr Freiräume gibt, Dieselmotoren sauberer und leistungsstärker zu machen. Noch weiter in die Zukunft gehen die Pläne zur 4. Generation Common-Rail: "Für die nächste Generation Common Rail entwickeln wir derzeit Konzepte mit der ‚Koaxial-Variodüse‘ und mit Druckübersetzung" erläutert Dohle.

Die Koaxial-Variodüse unterscheidet sich von der herkömmlichen Einspritzdüse durch Anzahl, Anordnung, Durchmesser und Form der Einspritzlöcher. Ein Piezoaktor steuert zwei koaxiale ineinanderlaufende Düsennadeln und gibt einzeln gesteuert zwei übereinanderliegende Düsenlochreihen frei. Die erste Lochreihe mit kleinen Düsenlöchern für niedrigen Durchfluss bereitet am Anfang der Verbrennung geringe Kraftstoffmengen auf und sorgt so für einen weichen Verbrennungsverlauf und ein niedriges Verbrennungsgeräusch. Zusätzlich bietet sie im Teillastbereich eine bessere Gemischbildung mit deutlich reduzierten Emissionen. Versuche zeigen ein geringeres Verbrennungsgeräusch und bis zu 70 Prozent weniger Partikel- und Stickoxid-Emissionen. Bei Volllast wird die zweite Düsenlochreihe mit großen Lochdurchmessern für hohen Durchfluss zugeschaltet. "Im Idealfall kann mit der Koaxial-Variodüse in weiten Drehzahl- und Lastbereichen auf die Voreinspritzung verzichtet und so die Partikelemission zusätzlich reduziert werden", fasst Dohle die bisherigen Ergebnisse zusammen.

Der Systemdruck dieser Common-Rail-Variante, die etwa 2007 serienreif sein könnte, würde bei 1800 bar liegen. Das andere von Bosch derzeit untersuchte Common-Rail-Konzept mit Druckübersetzung könnte 2008 in Serie gehen. Dabei baut die Hochdruckpumpe einen geringeren Druck von beispielsweise 1350 bar im Speicher – dem Rail – auf. Über Leitungen wird der Kraftstoff in die Injektoren geleitet, wo der Einspritzdruck hydraulisch auf über 2200 bar verstärkt wird. Mit dem hohen Einspritzdruck kann der zur Verbrennung benötigte Kraftstoff durch kleinere Düsenlocher eingespritzt werden. Somit zerstäubt der Kraftstoff feiner, mischt sich besser mit der Luft und verbrennt sauberer und kraftvoller.

Die homogene Dieseleinspritzung

Alle bisherigen Dieseleinspritzsysteme spritzen den Kraftstoff erst unmittelbar vor Entzündung in den Brennraum ein. Die Verbrennung ist dadurch zwar gut steuerbar, allerdings hat der Kraftstoff nur wenig Zeit, sich mit der Luft zu mischen. Er verbrennt daher nicht optimal bei geringst möglichen Emissionen. Bosch untersucht derzeit vielversprechende Alternativen zum bekannten Brennverfahren – sogenannte homogene oder teilhomogene Verfahren – für untere sowie mittlere Last- und Motordrehzahlbereiche. Dabei wird schon lange vor dem eigentlichen Verbrennungsbeginn Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt. Der Kraftstoff hat somit mehr Zeit, sich mit der Luft zu mischen, und die Verbrennung läuft an allen Punkten im Brennraum gleichmäßiger und sauberer ab. Der Verbrennungsbeginn wird maßgeblich durch die Abgasrückführung – die Beimischung eines definierten Abgasanteils zur angesaugten Frischluft – gesteuert. "Erste Untersuchungen zeigen eine deutliche Reduzierung von Partikel- und Stickoxid-Emissionen. Wir arbeiten zur Zeit an der Abstimmung unserer Einspritzsysteme auf diese Brennverfahren", so Dohle.

Bosch ist bei einer Produktion von voraussichtlich sieben Millionen Hochdruck-Einspritzsystemen Common Rail und Unit Injector im Jahr 2004 – eine Steigerung gegenüber 2003 von mehr als 15 Prozent – weltweit leistungsfähigster Hersteller und nach wie vor technologisch führend. Mit innovativen Einspritzsystemen hat der Automobilzulieferer den Dieselboom maßgeblich geprägt: In Westeuropa erwartet Bosch in zwei bis drei Jahren einen Dieselanteil von 50 Prozent bei den Pkw-Neuzulassungen.