Table Of ContentDieselmotor-Management
Konrad Reif (Hrsg.)
Dieselmotor-Management
Systeme, Komponenten, Steuerung
und Regelung
5., überarbeitete und erweiterte Aufl age
Mit 566 Abbildungen und 18 Tabellen
Bosch Fachinformation Automobil
Herausgeber
Prof. Dr.-Ing. Konrad Reif
Duale Hochschule Baden-Württemberg
Ravensburg, Campus Friedrichshafen
Studiengangsleiter
Fahrzeugelektronik und Mechatronische Systeme
[email protected]
www.bosch-fachinformation-automobil.springer-vieweg.de
ISBN 978-3-8348-1715-0 ISBN 978-3-8348-2179-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-8348-2179-9
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▶ Vorwort
DasvorliegendeBuchDieselmotor-ManagemententhälteineumfassendeDarstellungderSteuerungund
RegelungvonDieselmotoren.WichtigeThemensinddabeinichtnurEinspritztechnikundMotorsteue-
rung,sondernauchKraftstoffversorgung,Starthilfesysteme,Drehzahlregelung,Emissionsminderung
undAbgasnachbehandlung.WesentlicheKomponentenwiePumpen,Düsen,Hochdruckverbindungen,
SteuergeräteundSensorensowiederenFunktionsweiseundZusammenspielwerdenausführlicher-
klärt.EswerdensowohldieklassischenEinspritzsystememitReihen-oderVerteilereinspritzpumpen
alsauchdiemodernenEinspritzsystememitCommonRailoderUnitInjectorbehandelt.Fernerwerden
übergreifendeThemenwieAbgasgesetzgebung,Abgasmesstechnik,DiagnoseundWerkstatt-Technik
erläutert.
Inderhiervorliegenden5.AuflagewurdedasKapitelüberDieselkraftstoffeaktualisiertundergänzt,
insbesonderederAbschnittüberalternativeKraftstoffewurdewesentlicherweitert.DasKapitelüber
FüllungssteuerungwurdeumdieBiturbo-AufladungunddieHC-Falleergänzt.Wesentlichüberarbeitet
wurdedasKapitelzumNiederdruckteilderKraftstoffversorgung,wobeiverschiedenePumpentypen,
dasRücklaufsystemunddieKraftstoffverteilungfürdasUnitInjectorSystemunddieTankeinbauein-
heitberücksichtigtwurden.AktualisiertwurdenauchdieKapitelüberdasCommonRailSystem,das
UnitInjectorSystemunddasUnitPumpSystem.ImKapitelüberdieAbgasnachbehandlungwurdendie
ThemenSCR-SystemundPartikelfilterüberarbeitet.
DerSchwerpunktimvorliegendenBuchliegtbeidenmodernenSystemen.FüreineausführlicheBe-
handlungdermechanischenundelektronischenReglerfürReihen-undVerteilereinspritzpumpen
wirdaufdasBuch„KlassischeDiesel-Einspritzsysteme“ausdergleichenBuchreiheverwiesen.
AußerdemsollandieserStelledaraufhingewiesenwerden,dassTeilediesesBuchesinstarkverkürzter
ForminzweibroschiertenBüchernausderselbenReiheerhältlichsind.DiesistderBand„Dieselmotor-
ManagementimÜberblick“,indemdasWichtigstezumThemaDieselmotor-Managementkurzund
bündigbeschriebenwirdundderBand„ModerneDiesel-Einspritzsysteme“,dersichaufdieEinspritz-
systememitCommonRail,UnitInjectorundUnitPumpkonzentriert.
DasvorliegendeBuchwendetsichinersterLinieanIngenieureinderMotoren-undFahrzeugentwick-
lung,Kfz-MeisterundKfz-TechnikersowieanStudentenderFahrzeug-undMotorentechnik.Esistaber
auchfürGutachterundSachverständigeundfürElektroingenieureundSoftware-Entwicklerinder
Automobil-undZulieferindustriesehrgutgeeignet,umsicheinenEinblickindieSteuerungundRege-
lungderDieselmotorenzuverschaffen.
OhnedieaußerordentlicheUnterstützungVielerhättediese5.Auflagenichtentstehenkönnen.Für
fachlicheDiskussionundUnterstützung,vorallemwährendderEndphasederBucherstellung,dankeich
HerrnProf.Dr.-Ing.S.EngelkingundFrauDipl.-Ing.A.Horozovic.FernerdankeichauchallenLesern,
dieunswertvolleHinweisefürKorrekturengegebenhaben.
Friedrichshafen,imApril2012 KonradReif
6 Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
GeschichtedesDieselmotors ............................................................................................................ 14
RudolfDiesel.............................................................................................................................................. 15
GemischbildungdererstenDieselmotoren ........................................................................................ 16
EinsatzdererstenFahrzeug-Dieselmotoren ....................................................................................... 17
Bosch-Dieseleinspritzung ....................................................................................................................... 20
EinsatzgebietederDieselmotoren ................................................................................................... 24
Eigenschaftskriterien................................................................................................................................ 24
Anwendungen............................................................................................................................................ 24
Motorkenndaten ........................................................................................................................................ 27
GrundlagendesDieselmotors ........................................................................................................... 28
Arbeitsweise............................................................................................................................................... 28
DrehmomentundLeistung...................................................................................................................... 31
Motorwirkungsgrad................................................................................................................................... 32
Betriebszustände...................................................................................................................................... 35
Betriebsbedingungen .............................................................................................................................. 38
Einspritzsystem.......................................................................................................................................... 41
Brennräume................................................................................................................................................ 42
Kraftstoffe.................................................................................................................................................. 46
Dieselkraftstoff........................................................................................................................................... 46
AlternativeKraftstoffe............................................................................................................................... 52
SystemezurFüllungssteuerung........................................................................................................ 56
Übersicht..................................................................................................................................................... 56
Aufladung.................................................................................................................................................... 57
Drallklappen ............................................................................................................................................... 66
Motoransaugluftfilter ................................................................................................................................ 67
GrundlagenderDieseleinspritzung.................................................................................................. 70
Gemischverteilung.................................................................................................................................... 70
ParameterderEinspritzung .................................................................................................................... 72
Düsen-undDüsenhalter-Ausführung ................................................................................................... 81
Diesel-EinspritzsystemeimÜberblick ............................................................................................ 82
Bauarten...................................................................................................................................................... 82
KraftstoffversorgungNiederdruckteil .............................................................................................. 88
Übersicht..................................................................................................................................................... 88
Kraftstoffpumpe......................................................................................................................................... 90
Kraftstofffilter.............................................................................................................................................. 95
KraftstoffrücklaufundKraftstoffverteilungbeimUnitInjectorSystem ........................................... 100
Kraftstoffbehälter,KraftstoffleitungenundTankeinbaueinheit......................................................... 102
ZusatzventilefürReiheneinspritzpumpen............................................................................................ 104
Inhaltsverzeichnis 7
SystemübersichtderReiheneinspritzpumpen ............................................................................. 106
Anwendungsgebiete ................................................................................................................................ 106
Ausführungen............................................................................................................................................. 106
Aufbau ......................................................................................................................................................... 107
Regelung..................................................................................................................................................... 107
VorförderpumpenfürReiheneinspritzpumpen............................................................................. 110
Anwendung ................................................................................................................................................ 110
AufbauundArbeitsweise ........................................................................................................................ 111
Handpumpen ............................................................................................................................................. 113
Vorreiniger................................................................................................................................................... 113
Falltankbetrieb ........................................................................................................................................... 113
Standard-ReiheneinspritzpumpenPE............................................................................................. 114
EinbauundAntrieb ................................................................................................................................... 115
AufbauundArbeitsweise ........................................................................................................................ 115
Ausführungen............................................................................................................................................. 124
ReiheneinspritzpumpenPEfürandereKraftstoffe............................................................................. 134
BetriebderReiheneinspritzpumpen ..................................................................................................... 135
ReglerfürReiheneinspritzpumpen................................................................................................... 136
SteuerungundRegelung ........................................................................................................................ 136
EinwirkungdesReglers........................................................................................................................... 138
Definitionen ................................................................................................................................................ 138
P-GraddesReglers.................................................................................................................................. 139
AufgabendesReglers ............................................................................................................................. 140
Reglerarten................................................................................................................................................. 143
Reglerübersicht ......................................................................................................................................... 148
Spritzversteller........................................................................................................................................... 154
ElektrischesStellwerk.............................................................................................................................. 156
Hubschieber-Reiheneinspritzpumpen ............................................................................................ 158
AufbauundArbeitsweise ........................................................................................................................ 159
SystemübersichtderVerteilereinspritzpumpen........................................................................... 162
Anwendungsgebiete ................................................................................................................................ 162
Ausführungen............................................................................................................................................. 162
KantengesteuerteSysteme .................................................................................................................... 164
MagnetventilgesteuerteSysteme.......................................................................................................... 166
KantengesteuerteVerteilereinspritzpumpen ................................................................................ 170
EinsatzbereicheundEinbau ................................................................................................................... 171
Aufbau ......................................................................................................................................................... 173
Niederdruckteil .......................................................................................................................................... 176
HochdruckpumpemitVerteiler............................................................................................................... 179
AufschaltgruppenfürVerteilereinspritzpumpen.......................................................................... 188
Übersicht..................................................................................................................................................... 188
Drehzahlregler............................................................................................................................................ 190
Spritzversteller........................................................................................................................................... 197
8 Inhaltsverzeichnis
MechanischeAnpassvorrichtungen...................................................................................................... 200
Lastinformation .......................................................................................................................................... 213
Fördersignalsensor................................................................................................................................... 214
Abstellvorrichtungen................................................................................................................................. 215
ElektronischeDieselregelung................................................................................................................. 216
Diesel-Diebstahl-Schutz.......................................................................................................................... 219
MagnetventilgesteuerteVerteilereinspritzpumpen..................................................................... 220
Einsatzbereiche ......................................................................................................................................... 220
Bauformen.................................................................................................................................................. 220
EinbauundAntrieb ................................................................................................................................... 222
AufbauundArbeitsweise ........................................................................................................................ 224
Niederdruckteil .......................................................................................................................................... 226
HochdruckteilderAxialkolben-Verteilereinspritzpumpe ................................................................... 228
HochdruckteilderRadialkolben-Verteilereinspritzpumpe ................................................................ 232
Druckventile................................................................................................................................................ 236
Hochdruckmagnetventil........................................................................................................................... 238
Spritzverstellung........................................................................................................................................ 240
Steuergerät................................................................................................................................................. 246
Zusammenfassung ................................................................................................................................... 247
SystemübersichtderEinzelzylinder-Systeme.............................................................................. 248
EinzeleinspritzpumpenPF....................................................................................................................... 248
UnitInjectorSystemUISundUnitPumpSystemUPS.................................................................... 250
SystembildUISfürPkw........................................................................................................................... 252
SystembildUIS/UPSfürNkw................................................................................................................ 254
EinzeleinspritzpumpenPF................................................................................................................... 256
AufbauundArbeitsweise ........................................................................................................................ 256
Baugrößen.................................................................................................................................................. 258
UnitInjectorSystemUIS...................................................................................................................... 260
EinbauundAntrieb ................................................................................................................................... 260
Aufbau ......................................................................................................................................................... 261
ArbeitsweisedesUIfürPkw................................................................................................................... 264
ArbeitsweisedesUIfürNkw .................................................................................................................. 267
Hochdruckmagnetventil........................................................................................................................... 269
UnitPumpSystemUPS........................................................................................................................ 272
EinbauundAntrieb ................................................................................................................................... 272
Aufbau ......................................................................................................................................................... 272
StromgeregelteEinspritzverlaufsformungCCRS.............................................................................. 274
SystemübersichtCommonRail ......................................................................................................... 276
Anwendungsgebiete ................................................................................................................................ 276
Aufbau ......................................................................................................................................................... 277
Arbeitsweise............................................................................................................................................... 278
CommonRailSystemfürPkw................................................................................................................ 282
CommonRailSystemfürNkw ............................................................................................................... 287
Inhaltsverzeichnis 9
HochdruckkomponentendesCommonRailSystems ............................................................... 290
Übersicht..................................................................................................................................................... 290
Injektor......................................................................................................................................................... 292
Hochdruckpumpen................................................................................................................................... 303
Rail(Hochdruckspeicher)........................................................................................................................ 312
Hochdrucksensoren ................................................................................................................................. 313
Druckregelventil......................................................................................................................................... 314
Druckbegrenzungsventil.......................................................................................................................... 315
Einspritzdüsen......................................................................................................................................... 316
Zapfendüsen.............................................................................................................................................. 318
Lochdüsen.................................................................................................................................................. 320
WeiterentwicklungderDüse .................................................................................................................. 324
Düsenhalter .............................................................................................................................................. 326
Übersicht..................................................................................................................................................... 326
Standard-Düsenhalter.............................................................................................................................. 328
Stufenhalter................................................................................................................................................ 329
Zweifeder-Düsenhalter............................................................................................................................. 330
DüsenhaltermitNadelbewegungssensor ........................................................................................... 331
Hochdruckverbindungen...................................................................................................................... 332
Hochdruckanschlüsse ............................................................................................................................. 332
Hochdruck-Kraftstoffleitungen ............................................................................................................... 333
Starthilfesysteme.................................................................................................................................... 336
Übersicht..................................................................................................................................................... 336
Glühsysteme .............................................................................................................................................. 337
InnermotorischeEmissionsminderung........................................................................................... 342
Brennverfahren .......................................................................................................................................... 343
WeitereEinflüsseaufdieSchadstoffemission ................................................................................... 345
EntwicklunghomogenerBrennverfahren............................................................................................. 347
Dieseleinspritzung..................................................................................................................................... 348
Abgasrückführung..................................................................................................................................... 360
Kurbelgehäuseentlüftung ........................................................................................................................ 363
Abgasnachbehandlung......................................................................................................................... 364
NO-Speicherkatalysator......................................................................................................................... 365
X
SelektivekatalytischeReduktionvonStickoxiden ............................................................................. 368
PartikelfilterDPF ....................................................................................................................................... 374
Diesel-Oxidationskatalysator.................................................................................................................. 382
ElektronischeDieselregelungEDC .................................................................................................. 384
Systemübersicht........................................................................................................................................ 384
Reiheneinspritzpumpen........................................................................................................................... 387
KantengesteuerteAxialkolben-Verteilereinspritzpumpen................................................................. 388
MagnetventilgesteuerteAxial-undRadialkolben-Verteilereinspritzpumpen ................................ 389
UnitInjectorSystemUISfürPkw .......................................................................................................... 390
UnitInjectorSystemUISundUnitPumpSystemUPSfürNkw .................................................... 391
10 Inhaltsverzeichnis
CommonRailSystemfürPkw................................................................................................................ 392
CommonRailSystemfürNkw ............................................................................................................... 393
Datenverarbeitung .................................................................................................................................... 394
RegelungderEinspritzung...................................................................................................................... 396
ZusätzlicheSonderanpassungen.......................................................................................................... 407
Lambda-RegelungfürPkw-Dieselmotoren ......................................................................................... 408
MomentengeführteEDC-Systeme........................................................................................................ 413
RegelungundAnsteuerungvonAktoren............................................................................................. 416
Ersatzfunktionen........................................................................................................................................ 417
DatenaustauschmitanderenSystemen .............................................................................................. 418
SerielleDatenübertragungmitCAN..................................................................................................... 419
ApplikationPkw-Motoren........................................................................................................................ 424
ApplikationNkw-Motoren........................................................................................................................ 428
Applikationstools....................................................................................................................................... 433
Steuergerät............................................................................................................................................... 436
Einsatzbedingungen................................................................................................................................. 436
Aufbau ......................................................................................................................................................... 436
Datenverarbeitung .................................................................................................................................... 436
Sensoren ................................................................................................................................................... 442
EinsatzimKraftfahrzeug .......................................................................................................................... 442
Temperatursensoren................................................................................................................................. 443
MikromechanischeDrucksensoren....................................................................................................... 444
Hochdrucksensoren ................................................................................................................................. 447
InduktiveMotordrehzahlsensoren.......................................................................................................... 448
DrehzahlsensorenundinkrementaleDrehwinkelsensoren.............................................................. 449
Hall-Phasensensoren ............................................................................................................................... 450
Fahrpedalsensoren................................................................................................................................... 452
Heißfilm-LuftmassenmesserHFM5 ...................................................................................................... 454
PlanareBreitband-Lambda-SondeLSU4............................................................................................ 456
Halb-Differenzial-Kurzschlussringsensoren......................................................................................... 458
Tankfüllstandsensor.................................................................................................................................. 459
Diagnose.................................................................................................................................................... 460
ÜberwachungimFahrbetrieb(On-Board-Diagnose)........................................................................ 460
OnBoardDiagnosticSystemfürPkwundleichteNkw................................................................... 463
OnBoardDiagnosticSystemfürschwereNkw ................................................................................ 470
Werkstatt-Technik.................................................................................................................................... 472
Werkstattgeschäft..................................................................................................................................... 472
DiagnoseinderWerkstatt ...................................................................................................................... 476
Prüf-undTestgeräte ................................................................................................................................. 478
Einspritzpumpen-Prüfstände .................................................................................................................. 480
PrüfungvonReiheneinspritzpumpen.................................................................................................... 482
PrüfungvonkantengesteuertenVerteilereinspritzpumpen .............................................................. 486
Düsenprüfung ............................................................................................................................................ 490
Abgasemission........................................................................................................................................ 492
Übersicht..................................................................................................................................................... 492
Hauptbestandteile .................................................................................................................................... 492
Nebenbestandteile(Schadstoffe) ......................................................................................................... 494