Raildruckregelung

Folgende Bauteile gehören zum Common Rail System und beeinflussen die Raildruckregelung:

• Hochdruckpumpe (HDP)
  
• Raildruckregelventil (DRV)
  
• Mengenregelventil (MRV)
  
• Raildrucksensor (RDS)
  
• Hochdruckspeicher (Rail)
  
• Hochdruckleitungen
  
• Injektoren
  

Einen wesentlichen Einfluss auf die Raildruckregelung hat natürlich auch die Kraftstoffversorgung des Hochdrucksystems. Wenn die Vorförderdruckregelung nicht einwandfrei funktioniert, ist eine einwandfreie Funktion der Raildruckregelung nicht möglich!

Abhängig von der Motorvariante werden teilweise verschieden Varianten der Bauteile eingesetzt, siehe folgende Tabelle:

Funktion

Die Hochdruckpumpe erzeugt permanent den Systemdruck in der Rail. Für die Einregelung des richtigen Raildrucks werden zwei Steller verwendet (Zwei-Steller-Konzept):

• Raildruckregelventil
  
• Mengenregelventil
  

Der richtige Druck in der Rail wird je nach Betriebspunkt mit einer von den folgenden drei möglichen Regelungsarten eingestellt:

• Druckregelung durch das Raildruckregelventil:
  Die Hochdruckpumpe fördert ständig Kraftstoff mit hohem Druck in die Rail. Das Raildruckregelventil steuert die Kraftstoffmenge, die zu viel in die Rail gefördert wird, in den Rücklauf ab und stellt so den gewünschten Raildruck ein. Je höher der Ansteuerstrom, desto höher der Raildruck.
  Das Mengenregelventil ist dabei auf Vollförderung eingestellt.
  
• Mengenregelung durch das Mengenregelventil:
  Das Mengenregelventil lässt von der Niederdruckseite nur so viel Kraftstoff in die Hochdruckpumpe strömen, wie für den Aufbau des gewünschten Raildrucks erforderlich ist. Der Zylinder in der Hochdruckpumpe wird dabei nicht vollständig mit Kraftstoff befüllt. Je höher der Ansteuerstrom, desto niedriger der Raildruck.
  Das Raildruckregelventil wird dabei nicht für den maximalen Druck bestromt. Das Raildruckregelventil wird etwas stärker bestromt, als für die Einstellung des Solldrucks notwendig wäre.
  
• CPC-Regelung (Coupled Pressure Control) durch Raildruck- und Mengenregelventil gleichzeitig:
  Bei sehr geringen Einspritzmengen < ca. 4 mg (im Schub) ist es notwendig, das das DRV etwas Kraftstoff aus dem Hochdrucksystem absteuert. Der Grund ist, dass die Hochdruckpumpe nicht nullförderungsfähig ist. Das bedeutet, dass die Hochdruckpumpe auch bei geschlossenem Mengenregelventil Kraftstoff in das Hochdrucksystem fördert. Das würde zu einem zu hohen Raildruck und damit zu einer Regelabweichung führen.
  

Die Regelungsarten sind in folgenden Betriebspunkten aktiv:

• Beim Motorstart ist immer die Druckregelung aktiv
  
• Bei laufendem Motor:
  
  • Bei Unterschreitung von 1 °C Kühlmitteltemperatur ist immer die Druckregelung aktiv
    
  • Bei Überschreitung von 15 °C Kühlmitteltemperatur ist immer die Mengen-/CPC-Regelung aktiv
    

Je nach Motorvariante wird mit verschiedenen Maximal-Raildrücken gefahren, siehe folgende Tabelle:

Raildruck-Überwachung

Der Raildruck wird während des Motorstarts und während des Motorlaufs durch einen Soll-/Istwert-Vergleich überwacht. Der Raildrucksensor liefert den Istwert an die DDE. Der Sollwert wird von der DDE abhängig vom Betriebszustand berechnet. Wenn die DDE eine unzulässige Differenz zwischen Istwert und Sollwert feststellt, wird im Fehlerspeicher ein Fehler abgelegt.

Eine unzulässige Abweichung des Raildrucks vom Sollwert kann folgende Ursachen haben:

• Äußere Einflüsse, wie mangelhafte Kraftstoffversorgung, verstopftes Kraftstoffrücklaufsystem, Luft im Kraftstoffsystem
  
• Äußere Leckagen an den Bauteilen des Common Rail Systems
  
• Mengenregelventil öffnet nicht oder hakt
  
• Innere Leckagen im Common Rail System, z. B.
  
  • in der Hochdruckpumpe (z. B. verschlissener Kolben)
    
  • am Raildruckregelventil (steuert zu wenig oder zu viel Menge in den Rücklauf ab)
    
  • an den Injektoren (steuern zu viel Menge in den Rücklauf ab)
    

Fehlerbehandlung:

Wenn die DDE eine unzulässige Raildruck-Regelabweichung erkennt, wird als erste Maßnahme die Einspritzmenge begrenzt. Kann die Regelabweichung dadurch nicht verhindert oder auf einem kleinen Niveau gehalten werden, stellt der Motor bei zu niedrigem Raildruck ab. Wenn ein zu niedriger Raildruck beim Motorstart erkannt wird, ist der Motorstart nicht möglich.

Bauteil-Kurzbeschreibung

Hochdruckpumpe

Die Hochdruckpumpe CP4.1 ist eine Radialkolben-Pumpe mit einem Zylinder. Die Welle der Hochdruckpumpe besitzt zwei Nocken, die den Kolben betätigen.

Die Hochdruckpumpe wird über den Kettentrieb des Motors angetrieben. Da sich der Kettentrieb hinten am Motor befindet, ist die Hochdruckpumpe ebenfalls hinten am Motor montiert.

Raildrucksensor

Der Raildrucksensor erfasst den Raildruck in der Rail und dient als Sensor für die Raildruckregelung und die Mengenzumessung. Der Raildrucksensor ist am vorderen Ende an der Rail montiert.

Das DDE-Steuergerät versorgt den Raildrucksensor mit Masse und einer Versorgungsspannung von 5 V.

Der Raildruck gelangt durch eine Bohrung im Sensor zu einer Membran mit einem Sensorelement. Die Verformung der Membran wird über das Sensorelement in eine elektrische Spannung umgewandelt und an die DDE ausgegeben. Das Spannungssignal steigt mit zunehmendem Raildruck linear an. Die Anpassung des Raildrucksensors wird über die Applikation verschiedener Kennlinien realisiert.

Fehlerbehandlung

Wenn die DDE am Raildrucksensor einen Fehler erkennt, gibt die DDE einen Ersatzwert aus und begrenzt die Einspritzmenge.

Raildruckregelventil

Das Raildruckregelventil ist ein elektrisch angesteuertes Ventil, das am hinteren Ende der Rail montiert ist.

Bei aktiver Druckregelung steuert die DDE das Raildruckregelventil mit verschiedenen Tastverhältnissen an, um den von der DDE berechneten Soll-Raildruck einzuregeln. Der abgesteuerte Kraftstoff wird vom Raildruckregelventil in die Rücklaufleitung geleitet.

Das Raildruckregelventil lässt abhängig von der Ansteuerung mehr oder weniger Kraftstoff von der Hochdruckseite in die nahezu drucklose Rücklaufleitung strömen. Je mehr Kraftstoff in den Rücklauf strömt, desto niedriger ist der Druckaufbau auf der Hochdruckseite.

Bild 1: Schnittbild DRV3.2

Durch die Ansteuerung des Raildruckregelventils wird die Spule bestromt. Dadurch wird die Ankerplatte angezogen und der Druckbolzen presst die Ventilkugel in den Ventilsitz. Je stärker die Ventilkugel in den Ventilsitz gepresst wird desto weniger Kraftstoff kann in den Rücklauf strömen.

Wie Tastverhältnis, Ansteuerstrom, Druckaufbau und Volumenstrom zusammenhängen, ist aus folgender Tabelle ersichtlich:

Wenn das Raildruckregelventil nicht bestromt ist, ist das Ventil geöffnet. Das bedeutet, dass der Raildruck dann vollständig abgebaut wird.

Wegen der unterschiedlichen Maximal-Raildrücken in den N47-Varianten werden verschiedene Raildruckregelventil-Varianten verbaut, siehe folgende Tabelle:

Die Wirkungsweise der Raildruckregelventil-Varianten ist grundsätzlich gleich, die Varianten unterscheiden sich zur Anpassung an die Drücke nur im Aufbau.

Fehlerbehandlung

Wenn die Ansteuerung des Raildruckregelventils unterbrochen oder ein Kurzschluss nach Masse vorhanden ist, stellt der Motor ab.

Wenn die DDE einen Kurzschluss nach Plus erkennt, begrenzt die DDE die Einspritzmenge und schaltet auf Mengenregelung um.

Mengenregelventil

Das Mengenregelventil ist ein elektrisch angesteuertes Ventil, das an der Hochdruckpumpe montiert ist. Bei aktiver Mengenregelung steuert die DDE das Mengenregelventil mit verschiedenen Tastverhältnissen an, um den von der DDE berechneten Soll-Raildruck einzustellen.

Das Mengenregelventil regelt den Kraftstoffzufluss von der Niederdruckseite in die Hochdruckseite der Hochdruckpumpe und stellt so den gewünschten Raildruck ein. Je weniger Kraftstoff das Mengenregelventil in die Hochdruckseite strömen lässt, desto weniger wird der Zylinder der Hochdruckpumpe befüllt. In der Folge wird weniger Raildruck aufgebaut.

Tastverhältnis, Ansteuerstrom, Druckaufbau und Volumenstrom durch das Ventil stehen in folgendem Zusammenhang:

Fehlerbehandlung

Wenn die Ansteuerung des Mengenregelventils unterbrochen ist oder einen Kurzschluss nach Masse aufweist, geht das Mengenregelventil auf Vollförderung. Die DDE erkennt den Fehler, begrenzt die Einspritzmenge und schaltet auf Druckregelung um.

Bei einem Kurzschluss nach Plus stellt der Motor ab.

Injektoren

Je nach Motorvariante werden Magnetventil- oder Piezo-Injektoren verwendet, siehe folgende Tabelle:

Unabhängig von der Injektor-Variante werden die Injektoren ständig mit dem in der Rail vorhandenen Kraftstoffdruck beaufschlagt. Erst durch die elektrische Ansteuerung durch das DDE-Steuergerät wird Kraftstoff in die Brennräume eingespritzt.

Elektrische Ansteuerung

Die Leitungen der High Side P_MVH (Magnetventil), bzw. P_PIH (Piezo) sind im DDE-Steuergerät intern gebrückt, jeder Injektor ist aber über einen eigenen Pin und eine Leitung mit dem DDE-Steuergerät verbunden.

Achtung!

Tritt ein Fehler an der High Side auf, kann die Fehlerursache aufgrund der verbundenen Leitungen in jeder Leitung liegen. In diesem Fall fallen alle Injektoren aus.

Fehlersuche an Magnetventil-Injektoren

Für eine vollständige Diagnose der Magnetventil-Injektoren stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

• Elektrische Diagnose: Fehlerspeicher-Informationen
  
• Elektrische Diagnose: Messung des Spulen-Widerstands
  
• Laufruheregelung
  
• Messung der Rücklaufmenge mit Messgerät
  

Fehlersuche an Piezo-Injektoren

Für eine vollständige Diagnose der Piezo-Injektoren stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

• Elektrische Diagnose: Fehlerspeicher-Informationen
  
• Elektrische Diagnose: Messung des Piezo-Widerstands
  
• Laufruheregelung
  

Die Messung der Rücklaufmenge ist bei Piezo-Injektoren derzeit nicht möglich. Bei Piezo-Injektoren ist die Rücklaufmenge prinzipbedingt wesentlich geringer als bei Magnetventil-Injektoren.

Achtung!

Bei Motoren mit Piezo-Injektoren liegt im Kraftstoffrücklauf der Vorförderdruck an! Das ist für den Betrieb der Piezo-Injektoren notwendig.

Hinweise für den Service

Erneuern der Hochdruckpumpe

Wenn die Hochdruckpumpe erneuert wird, muss die Adaption der elektrischen Kraftstoffpumpe zurückgesetzt werden, siehe entsprechende Servicefunktion.

Erneuern von Injektoren

Wenn ein oder mehrere Injektoren erneuert werden, muss der Injektormengenabgleich durchgeführt werden, siehe entsprechende Servicefunktion.

Erneuern desRaildruckregelventils

Wenn das Raildruckregelventil erneuert wird, muss die Adaption des Raildruckregelventils zurückgesetzt werden, siehe entsprechende Servicefunktion.