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20.12.2015 - Autor: Ben Mikka Buchner  - Technik



Common Rail Technologie


Die Common-Rail-Technologie hat in den letzten Monaten negative Schlagzeilen durch den Betrug der Abgaswerte bei Turbodieselmotoren von VW erzeugt. Die Medien scheinen jedoch überfordert mit den technischen Belangen des Motorenbaus und konnten bis jetzt keine näheren Hintergründe liefern.

Von Panoha - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8674553
Foto: Von Panoha - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0
Die Common-Rail-Technologie ist eine fortschrittliche Entwicklung im Bereich der Kraftstoffeinspritzung in Kolbenmotoren. Mit dem Voranschreiten der Motorentechnologie sind die grundlegenden Funktionsbereiche eines Motors bereits so ausgereizt, dass selbst kleine Einsparungen nur noch durch komplexeste Technologie erreicht werden können.

Mit den wachsenden Anforderungen an Fahrzeughersteller, effiziente und saubere Motoren zu produzieren, wuchs der Bedarf nach einer effizienteren Verbrennung. Die Common-Rail-Einspritzung ist in der Lage einen noch größeren Einspritzdruck aufzubauen, als herkömmliche Pumpe-Düse Aggregate. Ein höherer Einspritzdruck (wir bewegen uns in Größenordnungen von circa 2000-3000 bar) sorgt für kleinere Treibstofftröpfchen, die eingespritzt werden und somit für eine vollständigere Verbrennung sorgen. In der klassischen Pumpe-Düse-Anordnung arbeitete eine Treibstoffpumpe mit einer Zuleitung zum jeweiligen Zylinder, an dem eine Düse die Einspritzung des Treibstoffs vornahm.

Die Common-Rail-Technologie verzichtet auf die einzelnen Zuleitungen, sondern speist ein gemeinsames Druckrohr für alle Zylinder, das „Common Rail“. Das gemeinsame Druckrohr dient als Treistoffspeicher, der konstant unter möglichst gleichem Druck steht. Die Leistung der Hochdruckpumpe, die das Druckrohr speist, wird so ausgelegt, dass zu jeder Zeit und in jedem Betriebszustand mehr Kraftstoff gefördert werden kann, die der Motor benötigt. Die Injektoren (Einspritzdüsen), beziehen ihren Krafstoff direkt von diesem Kraftstoffspeicher. Der Einspritzzeitraum ist somit relativ unabhängig von der Position des Druckkolbens der Pumpe. Durch den Kraftstoffspeicher können kleinste Druckschwankungen ausgeglichen werden, die mit dem Betrieb der Pumpe verbunden sind. Dadurch sind mehrere Einspritzungen pro Verbrennungszyklus möglich, anstelle einer einzelnen großen Einspritzung.
Durch eine oder mehrere Voreinspritzungen wird der Motorlauf ruhiger und leiser. Dadurch, dass die Brennkammer quasi „vorgeheizt“ wird, sinkt auch die Materialbelastung, da die Brennraumtemperatur nicht andauernd ansteigt und abfällt, des Weiteren bildet sich weniger Stickoxid, weil die maximale Verbrennungstemperatur abnimmt, da nicht so viel Treibstoff auf einmal verbrannt wird.
Durch eine oder mehrere Haupteinspritzungen wird der Treibstoff dann sehr effizient verbrannt. Eine Nacheinspritzung folgt, um die entstandenen Rußpartikel abzubrennen und somit den Rußausstoß zu reduzieren. Es können noch weitere Nacheinspritzungen geschaltet werden, um die Abgastemperatur zeitweilig zu erhöhen und den Partikelfilter abzubrennen. Durch die verschiedenen Einspritzvorgänge entfällt das „Dieselnageln“ weitgehend, der vibrationsreiche, tackernde Lauf, den man noch von alten Taxi-Motoren kennt.

Perfektioniert wird die Common-Rail-Einspritzung durch ein Motorsteuergerät, das alle verfügbaren Daten heranzieht, um die effizienteste Verbrennung zu ermitteln. Daten über die Motortemperatur, die Gaspedalstellung, den Ladedruck, Motordrehzahl und viele weitere, werden bei der Berechnung mit einbezogen. Dadurch ist ein großer Schritt bei der Harmonisierung des Fahrzeugs erreicht worden und die Abgaswerte konnten massiv gesenkt werden. Verändert man nun wie im Falle von VW die Motorsoftware und die Einspritzmomente, kann man die Abgasemissionen reduzieren, vermutlich mit negativen Auswirkungen auf die Fahrdynamik und den Kraftstoffverbrauch. VW koppelte diese Veränderung der Motorsteuersoftware an den ESP-Sensor, der ganz legal in einen „Test-Modus“ geschaltet werden darf, da das EPS sonst unter Umständen in das Test-Regime auf dem Rollenprüfstand eingreifen würde um ein vermeintliches Schleudern zu verhindern. Durch die Kopplung wusste das Motormanagement, wann es auf dem Prüfstand war und konnte die Abgasemissionen reduzieren.
Foto: Von Panoha - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0,




Ben Mikka Buchner 

Der Schüler ist seit seinem dritten Lebensjahr als Beifahrer auf den Fahrzeugen der familieneigenen Spedition unterwegs. Entsprechend früh fand er sein Interesse an der Bedienung der Sattelzüge. Besonders interessiert den Technik-Fan die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine.


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