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  Common Rail 4



Alle anderen Einspritzsysteme gibt es auch in rein mechanisch-hydraulischer Form ohne Elektronik. Nur bei Common Rail ist das unmöglich. Bosch schreibt zwar noch 1999, die 'Einspritzmenge wird vom Fahrer vorgegeben', aber das ist schon damals längst Geschichte. Besser sollte es heißen, dass ein Wunsch des/der Fahrers/in nach einem bestimmten Drehmoment an das Motor-Steuergerät adressiert wird, aber die Umsetzung obliegt allein der Digitalelektronik. Man muss nur das Gaspedal stark wechselnd bedienen, um z.B. die 'Ruckeldämpfung' spüren zu können.

Am besten kann man das mit einem kurzen Schwenk zum Benzinmotor erklären. Ob dort nämlich der Wunsch nach mehr Drehmoment durch eine Öffnung der Drosselklappe, eine Veränderung des Zündzeitpunkts oder andere Steuerzeiten umgesetzt wird, das kriegt der/die Fahrer/in gar nicht mit. Wird z.B. der Turbolader mit noch mehr elektrischer Steuerung oder gar mit einem elektrischen Antrieb versehen, wird die Sache noch undurchsichtiger.

Oben im Bild sehen Sie eine kleine Auswahl ankommender und abgehender Signale. Dabei fehlt sogar noch der lebenswichtige Sensor an der Nockenwelle, ohne den die Steuerung z.B. den ersten nicht vom vierten Zylinder unterscheiden kann. Nach erfolgtem Motorstart könnte man hier allerdings bei vielen Fahrzeugen den Stecker ziehen. Wie gut, dass einen die Fehlerlampe frühzeitig auf einen Defekt hinweist, denn starten würde der Motor dann nicht mehr.

Mit der heute immer vorhandenen Aufladung sind neben dem Ladedrucksensor und der Abgasrückführung die Lambdasonde bzw. der Klopfsensor hinzugekommen. Aus der einstmals noch einigermaßen nachvollziehbaren Berechnung der Grundmenge für die Einspritzung ist durch zusätzliche Beaufschlagung und Abzüge längst ein undurchschaubarer Wust geworden. 'Kennfelder' nennt man die Wegweiser zur richtigen zeit- und mengenmäßigen Einspritzung. Seit sie im elektronischen Speicher hintereinander abgelegt werden, spielt die Zahl der Dimensionen bzw. Parameter eigentlich keine Rolle mehr.

Common Rail erfüllt also Funktionen, die mit mechanisch-hydraulischer Regelung unmöglich zu erfüllen wären, wobei von den diversen Meldungen und Regelungen im Abgassystem und den gesetzlichen Vorschriften für nicht firmenspezifische Fehlermeldungen noch gar nicht die Rede war. Heute wird schon angezeigt, wenn auch nur eine drucklose Leitung im Kraftstoff-Rücklauf offen ist, von größeren Leckagen ganz zu schweigen. Der Geräuschkomfort wurde so gesteigert, dass z.B. ein V6-Dreiliter von Audi nach einem Kaltstart nicht signifikant lauter ist als bei Betriebstemperatur.

Womit wir beim meist allerdings ausgelagerten Management für das Glühsystem wären, was vom Vorglühen zum Nachglühen avanciert ist, weil ein moderner CR-Dieselmotor bis -5°C ersteres gar nicht mehr braucht. Oder die Wegfahrsperre, die natürlich etwas tiefer in die Motorsteuerung integriert werden musste. Es reicht ja nicht, wenn man nur den Hauptstrom blockiert. Der Tempomat kam eigentlich gratis ins System, auch wenn heute noch Aufpreis dafür verlangt wird. Er wird einfach zwischen Fahrpedal und System integriert, ist allerdings inzwischen durch Abstands- und GPS-Regelung um einiges komplizierter geworden.

Wenden wir uns der Hauptsache zu, dem Einspritzvorgang. Schon die Aufteilung zwischen Vor- und Haupteinspritzung war eine Neuerung, wenn man von Pumpe-Düse und vorsichtigen Entwicklungen bei der Verteilerpumpe absieht. Im Prinzip sind also bei Common Rail nicht nur Einspritzmenge und -zeitpunkt unabhängig voneinander, sondern auch Einspritzdruck und -menge. Es gibt auch keinen Anstieg des Einspritzdrucks wie bei konventionellen Systemen, sondern der Druck bleibt während einer Einspritzung konstant, kein (unnötiger) Spitzendruck belastet Bauteile.

Interessant ist die Einspritzmenge besonders dann, wenn sie auch noch aufgeteilt wird. Gehen wir von einer Fahrt über die Autobahn in einer gestandenen Diesel-Limousine oder einem SUV mit 120 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit aus und nehmen einen Verbrauch von 6 Liter/100km an. Das wären dann 5 Liter/h oder 83 cm3 bzw. 83.000 mm3 pro Minute. Bei einer angenommenen Motordrehzahl von 2.000/min kommen bei vier Zylindern 4.000 Einspritzungen in der Minute zusammen, was etwas über 20 mm3 für eine Einspritzung ergibt.

Wohlgemerkt, das ist ein Würfel mit 4,5 mm Kantenlänge. Und man erwartet natürlich, dass die Motorsteuerung alle Drehzahlen von sagen wir 900/min bis 2000/min nahtlos abdeckt. Leider können wir nicht wie vielleicht früher, in Fahrt bei nicht betätigter Kupplung von einem Leerlaufverbrauch ausgehen. Nehmen wir trotzdem einen Liter pro Stunde an, dann muss das Steuergerät von 900 bis 2000/min insgesamt 22-mal die Einspritzmenge von 9 auf 20 mm3, also alle 50/min um einen halben Kubikmillimeter, ein Würfel mit 0,7 mm Kantenlänge.

Dabei muss man eine Lanze für die alten Systeme brechen, denn das konnten auch die schon. Niemand hat damals ein sprunghaftes Verhalten bei besonders feinfühligem Gas geben verspürt. Gleichzeitig sieht man aber auch an diesem einfachen Rechenbeispiel, warum es so lange gedauert hat, ein Einspritzsystem zu entwickeln wie den Dieselmotor selbst. Aber das ist längst nicht mehr das Problem in modernen Einspritzsystemen. Da ist inzwischen die zeitliche Steuerung fast noch wichtiger geworden.

Um nicht noch einmal rechnen zu müssen, nehmen wir die schon in Common Rail 3 ermittelten 24° Kurbelwinkel in einer Millisekunde bei 4000/min. Das sind dann 12° bei 2000/min. Jetzt gibt es nach Bosch zwei Grenzwerte, nämlich dass eine Vorlagerung bis 90° KW möglich, aber die Voreinspritzung nur bis zu 40° KW sinnvoll ist, weil sonst Ölverdünnung droht. Das war noch vor der Zeit der Nacheinspritzungen. Andererseits ist eine Haupteinspritzung bis allerhöchstens 40° nach OT noch sinnvoll.

Gehen wir wie im Kapitel Common Rail 3 von einer Millisekunde für eine Einspritzung aus, dann wären bei 80° zwar gut 6 Einspritzungen möglich, aber wir müssen auch noch die Pausen dazwischen berücksichtigen. Sie sehen also, so ganz frei ist die Bestimmung der Einspritzungen nicht, wenn man auch noch bedenkt, dass zum Leerlauf hin die Gesamtmengen auf 9 mm3 schrumpfen und sich die Zeit bei höheren Drehzahlen bis 4000/min halbiert. Die Aufteilung der Einspritzmengen in Vor- und Haupteinspritzung wird also mit Sicherheit über die Drehzahl unterschiedlich sein.

Helfen würde eine Einspritzzeit unter einer Millisekunde. Bei Voreinspritzung mit nur 1 bis 4 mm3 ist das wohl möglich. Sie dient der Erhöhung des Kompressionsdrucks, was wiederum die Hauptverbrennung wenig schlagartig macht, was man fachlich korrekt einen geringeren Zündverzug nennt. Und alles, was das Gehör weniger belastet, wirkt sich im Prinzip auch weitgehend positiv auf die Belastung der Bauteile und evtl. auch auf den Verbrauch aus. Am Ende findet der Dieselmotor ein wenig stärker zu der schon immer von ihm geforderten Gleichdruckverbrennung.







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