Was ist Common-Rail-Direkteinspritzung (CRD)?

Die Dieselmotortechnologie ist in den letzten zwei Jahrzehnten um Lichtjahre gewachsen. Vorbei sind die Tage des schwefelhaltigen schwarzen, rußigen Dieselrauchs, der aus den Stapeln der Sattelschlepper strömt. Die schwerfälligen und galoppierenden Tiere, die die Straßen füllten - und unsere Atemwege verstopften -, sind nur noch eine Erinnerung.

Obwohl Dieselmotoren seit jeher sehr sparsam im Kraftstoffverbrauch sind, haben strenge Emissionsgesetze und Leistungserwartungen des Autokaufpublikums dazu geführt, dass Entwicklungen, die den niedrigen Diesel aus einer Verlegenheit herausforderten, bis hin zu sauberer Luft und wirtschaftlichen Kraftpaketen ertragen wurden.

Alte Neuigkeit: Mechanische Indirekteinspritzung

Diesel von einst vertrauten auf eine einfache und effektive - aber nicht ganz effiziente und genaue Methode, um Kraftstoff auf die Brennräume des Motors zu verteilen. Die Kraftstoffpumpe und die Einspritzdüsen früherer Dieselmotoren waren vollständig mechanisch, und obwohl sie präzisionsgefertigt und robust gebaut waren, war der Arbeitsdruck des Kraftstoffsystems nicht hoch genug, um ein anhaltendes und genau definiertes Kraftstoffsprühmuster zu erzielen.

Und in diesen alten mechanischen indirekten Systemen musste die Pumpe doppelte Leistung erbringen. Es versorgte nicht nur das Kraftstoffsystem mit Druck, sondern fungierte auch als Zeitgeber und Fördermittel. Zusätzlich stützten sich diese elementaren Systeme auf einfache mechanische Eingaben (es gab noch keine Elektronik) wie die Drehzahl der Kraftstoffpumpe (RPM) und die Drosselklappenstellung, um ihre Kraftstoffzufuhr zu messen.

Anschließend lieferten sie häufig einen Sprühstoß mit einem schlechten und schlecht definierten Sprühmuster, das entweder zu fett (am häufigsten) oder zu mager war. Das führte entweder zu einem satten Aufstoßen von rußigem, schwarzem Rauch oder zu einer unzureichenden Leistung und einem Fahrzeug, das Probleme hatte.

Um die Sache noch schlimmer zu machen, musste der Niederdruckkraftstoff in eine Vorkammer eingespritzt werden, um eine ordnungsgemäße Zerstäubung der Ladung sicherzustellen, bevor er in die Hauptverbrennungskammer fließen konnte, um seine Arbeit zu verrichten. Daher der Begriff der indirekten Injektion.

Und wenn der Motor kalt war und die Außenluft kalt, wurde es wirklich träge. Obwohl die Motoren mit Glühkerzen zum Starten ausgestattet waren, dauerte es einige Minuten, bis sie warm genug waren, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.

Warum so ein sperriges, mehrstufiges Verfahren? Und warum so viel Ärger mit kalten Temperaturen?

Der Hauptgrund liegt in der Natur des Dieselprozesses und den Einschränkungen der frühen Dieseltechnologie. Im Gegensatz zu Benzinmotoren haben Dieselmotoren keine Zündkerzen, um ihr Kraftstoffgemisch zu zünden. Dieselmotoren hängen von der Wärme ab, die durch die intensive Verdichtung der Luft in den Zylindern erzeugt wird, um den Kraftstoff zu entzünden, wenn er in den Brennraum gesprüht wird. Und wenn es kalt ist, brauchen sie die Hilfe von Glühkerzen, um den Heizprozess zu unterstützen. Da es keinen Funken gibt, der die Verbrennung auslösen könnte, muss der Brennstoff als extrem feiner Nebel in die Wärme eingebracht werden, um eine ordnungsgemäße Zündung zu gewährleisten.

Der neue Weg: Electronic Common Rail Direct Injection (CRD)

Moderne Dieselmotoren verdanken ihre wieder zunehmende Beliebtheit den Fortschritten bei der Kraftstoffzufuhr und den Motormanagementsystemen, die es den Motoren ermöglichen, die Leistung, Leistung und Emissionen ihrer Benzinmodelle zu verbessern und gleichzeitig einen überlegenen Kraftstoffverbrauch zu erzielen.

Es sind der Hochdruck-Kraftstoffverteiler und die computergesteuerten elektronischen Einspritzdüsen, die den Unterschied ausmachen. Im Common-Rail-System lädt die Kraftstoffpumpe den Kraftstoffverteiler mit einem Druck von bis zu 25.000 psi auf. Im Gegensatz zu indirekten Einspritzpumpen ist es jedoch nicht an der Kraftstoffabgabe beteiligt. Unter der Steuerung des Bordcomputers sammeln sich diese Kraftstoffmenge und dieser Kraftstoffdruck unabhängig von Motordrehzahl und -last im Rail an.

Jeder Kraftstoffinjektor ist direkt über dem Kolben im Zylinderkopf montiert (es gibt keine Vorkammer) und über starre Stahlleitungen, die dem hohen Druck standhalten, mit dem Kraftstoffverteiler verbunden. Dieser hohe Druck ermöglicht eine sehr feine Einspritzöffnung, die den Kraftstoff vollständig zerstäubt und die Notwendigkeit einer Vorkammer ausschließt.

Die Ansteuerung der Injektoren erfolgt über einen Stapel piezoelektrischer Kristallscheiben, die die Düsennadel in winzigen Schritten bewegen, um das Versprühen von Kraftstoff zu ermöglichen. Piezokristalle dehnen sich schnell aus, wenn sie mit elektrischer Ladung beaufschlagt werden.

Wie die Kraftstoffpumpe werden auch die Einspritzdüsen vom Motorrechner gesteuert und können während des Einspritzzyklus mehrmals schnell hintereinander abgefeuert werden. Mit dieser präzisen Steuerung der Injektorzündungen können kleinere, gestaffelte Kraftstoffzufuhrmengen (5 oder mehr) im Verlauf des Arbeitstakts zeitlich gesteuert werden, um eine vollständige und genaue Verbrennung zu fördern.

Zusätzlich zur Zeitsteuerung ermöglichen die Hochdruckinjektionen von kurzer Dauer ein feineres und genaueres Sprühmuster, das auch eine bessere und vollständigere Zerstäubung und Verbrennung unterstützt.

Durch diese Entwicklungen und Verbesserungen ist der moderne Common-Rail-Dieselmotor mit Direkteinspritzung leiser, sparsamer, sauberer und leistungsfähiger als die indirekten mechanischen Einspritzeinheiten, die sie ersetzt haben.