Common-Rail-Diesel gelten als sparsam und vergleichsweise umweltfreundlich. Wie das moderne Einspritzsystem von Dieselmotoren funktioniert und welche Vorteile es hat, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Inhaltsverzeichnis
Was bedeutet Common-Rail bei einem Diesel?
Die wörtliche deutsche Übersetzung von „Common-Rail“ ist „gemeinsame Schiene“. Bei einem Diesel ist diese Schiene ein Verteilerrohr. Über dieses Rohr sind alle Einspritzdüsen, die sogenannten Injektoren, mit einer Hochdruckpumpe und untereinander verbunden. Die freie Übersetzung in Bezug auf den Dieselmotor wurde daher im Prinzip „gemeinsames Verteilerrohr“ lauten.
Wie funktioniert dieses System?
Die Common-Rail-Einspritzung für einen Dieselmotor besteht aus mehreren Baugruppen und Bauteilen. Eine Niederdruckkraftstoffpumpe im Kraftsofftank pumpt den Diesel über einen Kraftstofffilter zur Hochdruckpumpe am Motor. Ein Kraftstoffdosierventil passt dabei die der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffmenge an den Bedarf an.
Die Hochdruckpumpe ist bei diesem Einspritzsystem meist mit dem Motor gekoppelt. Die Leistung der Pumpe ist so ausgelegt, dass zu jeder Zeit bei jedem Betriebszustand des Motors genügend Kraftstoff mit einem ausreichend hohen Druck zur Verfügung steht. Die Hochdruckpumpe erzeugt im Verteilerrohr einen Druck von bis zu 3.000 bar. Der Druck ist im gesamten System gleich hoch. Kontrolliert man den Druck von einem Drucksensor, der mit dem Motorsteuergerät verbunden ist. Ein Druckbegrenzer entlastet bei Bedarf das Verteilerrohr und führt überschüssigen Kraftstoff zurück zum Tank.
Das Verteilerrohr dient bei einer Einspritzung als Druckspeicher und Kraftstoffspeicher. Dadurch können Druckschwankungen im System, die durch die Hochdruckpumpe verursacht werden, ausgeglichen werden. Common-Rail-Einspritzsysteme werden daher auch als Speichereinspritzung bezeichnet.
Die Injektoren werden vom Motorsteuergerät angesteuert, um den Kraftstoff in die Zylinder einzuspritzen. Beim Common-Rail-Diesel kann man sowohl die Einspritzmenge als auch den Einpritzzeitpunkt für jeden Zylinder separat mithilfe der Elektronik steuern. Durch den hohen Druck zerstäubt man den eingespritzten Kraftstoff sehr fein. Durch die feine Zerstäubung entstehen unzählige Tropfen, die eine große Oberfläche haben und so eine optimale Verbrennung ermöglichen.
Kraftstoff Einspritzung
Bei einem Common-Rail-Diesel wird der Kraftstoff nicht in einem Zug eingespritzt, sondern in mehrere Phasen – Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung – unterteilt.
Die Voreinspritzung sorgt für einen ruhigen Motorlauf. Durch die zunächst relativ kleine Menge Kraftstoff, die eingespritzt wird, verläuft die Verbrennung in einem Common-Rail-Diesel sanfter. Das für einen Dieselmotor typische Nageln wird reduziert und der Motor weniger stark belastet. Ein Common-Rail-Diesel läuft deutlich ruhiger als andere Dieselmotoren.
Die nachfolgende Haupteinspritzung kann ebenfalls in zwei Phasen unterteilt werden. Meist erfolgt dann noch eine sogenannte Nacheinspritzung. Mithilfe des letzten Einspritzens von Kraftstoff sollen die Rußbildung im Motor verringert und bei SCR-Katalysatoren die NOx-Werte reduziert werden. Die Nacheinspritzung dient oft auch dazu, Dieselpartikelfilter freizubrennen. Diese Phasen der Einspritzung können bei einem Common-Rail-Diesel abhängig vom Betriebszustand des Motors individuell für jeden Zylinder gesteuert werden.
Welche Vorteile hat ein Common-Rail-Diesel?
Ein Common-Rail-Diesel bietet gegenüber anderen Einspritzsystemen, beispielsweise dem Pumpe-Düse-System oder alten Vorkammerdieseln verschiedene Vorteile. Die Vorteile dieses Systems sind:
reduzierter Kraftstoffverbrauch durch hohe Effizienz
vergleichsweise umweltfreundlich durch verringerten Schadstoffausstoß
geräuscharmer Betrieb, ruhiger Motorlauf
hohes Drehmoment und hohe Leistung
einfaches Freibrennen von Partikelfiltern durch Nacheinspritzung
geringere Kosten für das System bei 6- und 8-Zylinder Dieselmotoren
Bauartbedingt ist eine Common-Rail-Dieseleinspritzung ab einer gewissen Zylinderzahl günstiger, als beispielsweise eine Pumpe-Düse-Einspritzung. Bei der Pumpe-Düse-Einspritzung hat jede Einspritzdüse eine eigene Pumpe, die man separat von der Nockenwelle ansteuert. Bei einem Common-Rail-Einspritzsystem spielt es keine große Rolle für die Kosten, ob an das Verteilerrohr die Injektoren von 4, 6 oder 8 Zylindern angeschlossen werden.
Welche Nachteile hat ein Common-Rail-Diesel?
Wie jedes System hat auch dieses nicht nur Vorteile. Ein paar Nachteile gibt es auch. Die wesentlichen Nachteile dieses Systems sind:
Hohe Kraftstoffqualität erforderlich
Injektoren sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen
Reparaturen sind aufwendig und teuer
Kraftstofffilter muss man häufiger austauschen
Bei einem Common-Rail-Diesel bemerken sie sofort, wenn der Kraftstoff nicht die Qualität hat, die der Motor benötigt. Der Lauf wird unruhig und die Leistung fällt ab. Einer der größten Schwachpunkte ist jedoch die Empfindlichkeit der Injektoren gegenüber Verunreinigungen. Daher ist es wichtig, bei einem Common Rail Diesel den Kraftstofffilter regelmäßig nach Vorschrift des Herstellers auszutauschen. Die Reparatur oder der Ersatz verstopfter Injektoren sind kostspielig.
Von der ETH Zürich über Fiat zu Bosch – die kurze Geschichte des Common-Rail-Diesels
In verschiedenen Forschungsprojekten wurde bereits Mitte der 1970er-Jahre an der ETH in Zürich an der Entwicklung der Common-Rail-Einspritzung gearbeitet. Das erste Fahrzeug, das weltweit mit einem Common-Rail-Diesel über die Straßen rollte, war ein IFA W50 Lkw des VEB IFA Motorenwerke aus Nordhausen. Der Common-Rail-Diesel wurde vom größten Lkw Hersteller der ehemaligen DDR erstmals eingesetzt, aber nicht erfunden. Zu dieser Zeit nannte man die Common-Rail-Technik „Elektronisches-Diesel-Einspritz-System“. In Serie produzierte man diese Technik in der DDR aus Kostengründen jedoch nie.
Ein paar Jahre später, 1993, stellte Fiat einen ersten Prototyp mit dieser Einspritztechnik vor. Fiat hatte jedoch Probleme mit den Fertigungstoleranzen und stellte das Projekt wieder ein. Ende 1993 hat man die Patente von Bosch gekauft und die Common-Rail-Technik weiterentwickelt. Als erstes Serienfahrzeug mit einer Bosch Common-Rail-Dieseleinspritzung gilt heute der Alfa Romeo 156 JTD aus dem Jahr 1997. Der erste Mercedes mit dieser Einspritztechnik war ein 220 CDI aus dem Jahr 1998.
