Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dritte Generation der innovativen Piezo-Common-Rail-Einspritzung (PCR3)

19.05.2003


Auf dem 24. Wiener Motorensymposium präsentiert die Siemens VDO Automotive AG die dritte Generation der innovativen Piezo-Common-Rail-Einspritzung (PCR3).


Das neue System, das nach bisheriger Planung zum Modelljahr 2006 erstmals in Serie gehen wird, arbeitet mit einem völlig neu gestalteten Injektor, der für deutlich höhere Drücke ausgelegt ist, einen größeren Wirkungsgrad ermöglicht und die Vorzüge der Mehrfacheinspritzung noch effektiver ausnutzt. Gleichzeitig beansprucht er weniger Bauraum und ermöglicht konstante Präzision sowie hohe Betriebssicherheit über die gesamte Lebensdauer. Die Einhaltung der ab 2008 gültigen Grenzwerte nach Euro V können zahlreiche Modelle dank PCR3 vermutlich ohne Partikelfilter erreichen.

Herzstück der dritten PCR-Generation ist der neu konstruierte Injektor mit dem direkt in den Ventilschaft integrierten, deutlich verkleinerten Piezo-Aktor. Durch die veränderte Konstruktion und den Einsatz weiterentwickelter Materialen kann der Druck im System weiter gesteigert werden: Statt der ursprünglich 1350 bar der ersten oder der 1600 bar der zweiten Generation arbeitet Siemens VDO nun zugunsten einer höheren Leistungsausbeute und einer besseren Schadstoffbilanz mit einem Einspritzdruck von bis zu 1800 bar. Mittelfristig sind in diesem System sogar Drücke bis zu 2000 bar möglich.


Gleichzeitig hat Siemens VDO durch den neu konstruierten Injektor die Kraftstoff-Rücklaufmenge und somit die Leistungsabnahme durch das Einspritzsystem deutlich reduziert. Im Betrieb des Motors folgt daraus, dass die Hochdruckpumpe weniger Leistung aufbringen muss – daraus ergibt sich je nach Auslegung des Motors wahlweise eine deutliche Reduktion des Kraftstoffverbrauchs oder eine höhere Leistungsausbeute.

Ebenfalls einher mit dem neuen Düsenkonzept geht eine deutlich verbesserte Ausnutzung der Potenziale durch die Mehrfacheinspritzung. Die Nadel lässt sich schneller ansteuern und gibt so in kürzerer Zeit den Weg für mehr Kraftstoff mit höherem Druck frei. Dadurch können die Motorentwickler bis zu fünf Einzeleinspritzungen abrufen und dabei kleinste Kraftstoffmengen von weniger als einem Milligramm in den Zylinder einbringen.

Damit der Injektor über die gesamte Lebensdauer präzise und ohne die geringste Abweichung arbeitet, hat Siemens VDO Automotive zwischen Piezo-Aktor und Düse ein hydraulisches Ausgleichselement eingefügt, das die Kraft von der Unterseite des Piezo-Aktors auf das Servoventil überträgt. Dieses Bauteil gleicht nicht nur die minimalen Fertigungstoleranzen aus, sondern kompensiert auch temperaturbedingte Längenänderungen sowie eventuellen Verschleiß im System. Außerdem nutzt Siemens VDO für die dritte Generation der Piezo-Common-Rail-Einspritzung einen Klopfsensor. In Abstimmung mit der Motorsteuerung überwacht dieser Körperschallsensor den Verbrennungsvorgang und regelt das Einspritzverhalten so nach, dass über die gesamte Lebensdauer des Systems in jedem Arbeitstakt stets die gleichen, vorberechneten Kraftstoffmengen in die Zylinder kommen und die Emissionswerte des Fahrzeugs dauerhaft stabil bleiben.

Bei der Common-Rail-Einspritzung werden alle Zylinder des Dieselmotors von einer Hochdruckpumpe über eine gemeinsame Leitung („Common Rail“) mit Kraftstoff versorgt. Die Einspritzung erfolgt derzeit mit Drücken bis zu 1600 bar und mit der neuen PCR-Generation sogar mit bis zu 1800 bar, damit sich im Zylinder ein besonders feines Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, das schnell, effizient und sauber verbrennt. Gesteuert wird die Einspritzung mit speziellen Präzisionsventilen, deren Düsen bis zu acht Löcher mit einem Durchmesser von teilweise nur 0,09 Millimetern haben. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar misst etwa 0,05 Millimeter.

Diese Ventile öffnet und schließt Siemens VDO mit einem so genannten Piezo-Aktor, der konventionellen Magnetventilen deutlich überlegen ist. Denn die Atomstruktur der aus einer speziellen Keramik hergestellten Piezo-Elemente verändert ihre Form beim Anlegen einer elektrischen Spannung etwa viermal so schnell. Mit den neuen, direkt in den Injektor integrierten Keramikelementen lässt sich die haarfeine Nadel im Zentrum des Ventils heben und senken. Bei jedem Einspritztakt können dabei individuell gesteuert und dosiert fünf und mehr einzelne Kraftstoffportionen von minimal 1,0 Kubikmillimetern in die Zylinder eingebracht werden: Mit mehreren Piloteinspritzungen wird ein sanfter und gleichmäßiger Anstieg des Verbrennungsdruckes ermöglicht – was das klassische "Dieselnageln" deutlich verringern wird. Die Haupteinspritzung dient der Erzeugung thermischer Energie, wobei man in bestimmten Betriebsbereichen mit einer geteilten Haupteinspritzung die Stickoxidemissionen deutlich reduzieren kann. Mehrere Nacheinspritzungen reduzieren die Rohemissionen und den Partikelausstoß und erleichtern die Regeneration eventuell nachgeschalteter Partikelfilter. Mehrfacheinspritzung, hoher Druck und exakte Piezo-Aktorik sind die Schlüsseltechnologien, die es dem Dieselmotor ermöglichen, die strengen Grenzwerte künftiger Emissionsgesetze sicher zu erfüllen.

Die Produktion der neuen Injektoren-Generation beginnt nach bisheriger Planung innerhalb der nächsten zwei Jahre im Siemens VDO-Werk in Limbach-Oberfrohna (Sachsen). Dort wurden bereits mehr als drei Millionen Injektoren der zweiten Generation gefertigt.

Johannes Winterhagen | Siemens AG
Weitere Informationen:
http://www.siemens.com

Weitere Berichte zu: Injektor PCR3 Piezo-Aktor Piezo-Common-Rail-Einspritzung Zylinder

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Kühlsystem ohne schädliche Kältemittel
01.08.2019 | Fraunhofer IPM

nachricht Batterieproduktion in Rekordgeschwindigkeit
30.07.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung

Der „Landau-Niveau-Laser“ ist ein spannendes Konzept für eine ungewöhnliche Strahlungsquelle. Er hat das Zeug, höchst effizient sogenannte Terahertz-Wellen zu erzeugen, die sich zum Durchleuchten von Materialen und für die künftige Datenübertragung nutzen ließen. Bislang jedoch scheiterten nahezu alle Versuche, einen solchen Laser in die Tat umzusetzen. Auf dem Weg dorthin ist einem internationalen Forscherteam nun ein wichtiger Schritt gelungen: Im Fachmagazin Nature Photonics stellen sie ein Material vor, das Terahertz-Wellen durch das simple Anlegen eines elektrischen Stroms erzeugt. Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) waren maßgeblich an den Arbeiten beteiligt.

Ebenso wie Licht zählen Terahertz-Wellen zur elektromagnetischen Strahlung. Ihre Frequenzen liegen zwischen denen von Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sowohl...

Im Focus: A miniature stretchable pump for the next generation of soft robots

Soft robots have a distinct advantage over their rigid forebears: they can adapt to complex environments, handle fragile objects and interact safely with humans. Made from silicone, rubber or other stretchable polymers, they are ideal for use in rehabilitation exoskeletons and robotic clothing. Soft bio-inspired robots could one day be deployed to explore remote or dangerous environments.

Most soft robots are actuated by rigid, noisy pumps that push fluids into the machines' moving parts. Because they are connected to these bulky pumps by tubes,...

Im Focus: Crispr-Methode revolutioniert

Forschende der ETH Zürich entwickelten die bekannte Crispr/Cas-Methode weiter. Es ist nun erstmals möglich, Dutzende, wenn nicht Hunderte von Genen in einer Zelle gleichzeitig zu verändern.

Crispr/Cas ist in aller Munde. Mit dieser biotechnologischen Methode lassen sich in Zellen verhältnismässig einfach und schnell einzelne Gene präzise...

Im Focus: Wie schwingen Atome in Graphen-Nanostrukturen?

Innovative neue Technik verschiebt die Grenzen der Nanospektrometrie für Materialdesign

Um das Verhalten von modernen Materialien wie Graphen zu verstehen und für Bauelemente der Nano-, Opto- und Quantentechnologie zu optimieren, ist es...

Im Focus: Vehicle Emissions: New sensor technology to improve air quality in cities

Researchers at TU Graz are working together with European partners on new possibilities of measuring vehicle emissions.

Today, air pollution is one of the biggest challenges facing European cities. As part of the Horizon 2020 research project CARES (City Air Remote Emission...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gedanken rasen zum Erfolg: CYBATHLON BCI Series 2019

16.08.2019 | Veranstaltungen

Impfen – Kleiner Piks mit großer Wirkung

15.08.2019 | Veranstaltungen

Internationale Tagung zur Katalyseforschung in Aachen

14.08.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung

16.08.2019 | Physik Astronomie

Solarflugzeug icaré testet elektrische Flächenendantriebe

16.08.2019 | Energie und Elektrotechnik

Neue Überlebensstrategie der Pneumokokken im Zentralnervensystem identifiziert

16.08.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics