Common Rail und Pumpe-Düse

Autos mit Dieselmotor sind salonfähig geworden. Selbst sportlich ambitionierte Fahrer ordern immer häufiger einen "Selbstzünder": Sie schätzen das zupackende Drehmoment der modernen Dieselmotoren. Das neue Positivimage der ehemals als "Nagler" verpönten Dieselmotoren ist in der Einspritztechnologie begründet. "Der direkteinspritzende Dieselmotor hat den Markt im Sturm erobert", bestätigt Dr. Norbert Müller. Als positiv bewertet der Technikexperte vom DEKRA Technology Center insbesondere das hohe Leistungsniveau bei geringem Kraftstoffverbrauch.

Die Hersteller arbeiten derzeit mit verschiedenen Verfahren, um den Kraftstoff direkt in den Brennraum einzuspritzen. Ausschließlich vom Volkswagen Konzern wird die Pumpe-Düse-Einspritzung (PDE) eingesetzt. "Bei diesem Verfahren sind Kraftstoffeinspritzpumpe und Düse für jeden Zylinder in einem Bauteil zusammengefasst. Der sehr hohe Druck bis zu 2.050 bar wird am Einspritzelement jedes Zylinders separat erzeugt", erläutert Dr. Norbert Müller. Über Kipphebel steuert die Motornockenwelle die Pumpenkolben der PDE an. Der von ihnen erzeugte Druck ist damit abhängig von der Drehzahl. Da es bei der PDE keinen Druckspeicher gibt, baut das System den Druck für jeden Einspritzvorgang neu auf.

Am weitesten verbreitet ist das Common-Rail-System (CRS). "Dabei wird der Dieselkraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen Druckspeicher (Common Rail) gefördert. Zusammen mit den Hochdruckleitungen dient dieser als Vorratsbehälter für den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff. Über die an die Leitungen angeschlossenen Injektoren wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum injiziert", erläutert der Motorenfachmann.

Beim CR-System ist der Druck im Speicher ständig und von der Drehzahl unabhängig verfügbar. Die Einspritzmenge wird vom Steuergerät über den Speicherdruck und die Einspritzdauer beeinflusst. Bei fast allen Last- und Drehzahlbereichen wird eine Voreinspritzung eingesetzt. Dies führt bereits bei Leerlaufdrehzahl zu einer "weicheren" sowie effektiven Verbrennung - das dieseltypische, harte Verbrennungsgeräusch wird gemindert. Darüber hinaus ist eine Mehrfacheinspritzung möglich.

Moderne Einspritzkonzepte arbeiten bei der Kraftstoffdosierung daher mit so genannten piezohydraulischen Ventilen an Stelle der bisherigen Magnetventiltechnik. Kernstück ist ein Piezo-Paket aus vielen Keramikschichten, das seine Form beim Anlegen einer elektrischen Spannung ändert. Die Ausdehnung von nur 0,04 Millimetern genügt, um die Ventilnadel des Einspritzventils zu öffnen.

"Vorteile dieser neuen Technologie sind kurze Öffnungszeiten von nur 0,2 Millisekunden, die sehr präzise Steuerbarkeit sowie eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer", so der DEKRA Experte. Inzwischen ist die 3. Generation des Common Rail mit einem Einspritzdruck von 1.600 bar und einer herausragenden hydraulischen Schnelligkeit auf dem Markt. Damit lassen sich die Emissionen und die Geräuschentwicklung weiter verringern sowie die Motorleistung der Dieselaggregate nochmals erhöhen.