Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage...

22
Dieselmanagement (6) E. Gernaat (ISBN 978-90-79302-03-1), uitgave 2012 1 Commonrail inspuitsystemen (CRS) Onder het commonrail-systeem wordt een dieselinspuitsysteem verstaan waar- bij een galerij door een hogedrukpomp gevuld wordt met dieselbrandstof onder hoge druk. De verstuivers, nu vaak injectoren genoemd, die op de galerij zijn aangesloten worden op een computercommando geopend en gesloten. Het ge- heel is enigszins vergelijkbaar met het brandstofinjectiesysteem dat op de huidi- ge benzinemotoren wordt toegepast met dit verschil dat de injectietijd globaal genomen constant blijft, maar de hoeveelheid ingespoten brandstof afhangt van de druk. Fig. 1 geeft een opstelling van de onderdelen. De ontwikkeling van de Figuur 1: Overzicht van de componentenopstelling van een Diesel commonrailsysteem. 1) luchtmassameter, 2) EDCM (Electronic Diesel Control Module), 3) hogedrukpomp, 4) com- monrail, 5) injectoren, 6) toerental- krukaspositiesensor, 7) motortemperatuursensor, 8) filter, 9) gaspedaalpotentiometer commonrail-inspuiting is in gang gezet door Fiat en Magneti Marelli in het 1

Transcript of Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage...

Page 1: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Dieselmanagement (6)

E. Gernaat (ISBN 978-90-79302-03-1), uitgave 2012

1 Commonrail inspuitsystemen (CRS)

Onder het commonrail-systeem wordt een dieselinspuitsysteem verstaan waar-bij een galerij door een hogedrukpomp gevuld wordt met dieselbrandstof onderhoge druk. De verstuivers, nu vaak injectoren genoemd, die op de galerij zijnaangesloten worden op een computercommando geopend en gesloten. Het ge-heel is enigszins vergelijkbaar met het brandstofinjectiesysteem dat op de huidi-ge benzinemotoren wordt toegepast met dit verschil dat de injectietijd globaalgenomen constant blijft, maar de hoeveelheid ingespoten brandstof afhangt vande druk. Fig. 1 geeft een opstelling van de onderdelen. De ontwikkeling van de

Figuur 1: Overzicht van de componentenopstelling van een Diesel commonrailsysteem.1) luchtmassameter, 2) EDCM (Electronic Diesel Control Module), 3) hogedrukpomp, 4) com-monrail, 5) injectoren, 6) toerental- krukaspositiesensor, 7) motortemperatuursensor, 8) filter,9) gaspedaalpotentiometer

commonrail-inspuiting is in gang gezet door Fiat en Magneti Marelli in het

1

Page 2: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

midden van de jaren 80. In 1994 ontstaat er een overeenkomst tussen Fiat enBosch voor verdere ontwikkeling. In 1997 wordt commonrail op de Fiat model-len geıntroduceerd, het zgn. Unijet inspuitsysteem. De ontwikkeling is voor eenbelangrijk deel door Bosch overgenomen. Gezien het feit dat het commonrail-systeem de inspuitdruk, de inspuitverdeling, de inspuittijd en het inspuitbeginresp. einde door een EDC of CRS-computer kan regelen heeft met de invoeringvan de Euro 5 en 6 dit systeem alle overige systemen verdrongen. In principegeldt: hoe hoger de inspuitdruk, des te kleiner zijn de brandstofdruppels en hoebeter de verbranding en dus de emissie. De geclaimde voordelen t.o.v. de meerconventioneel ingespoten motoren zijn:

• aanzienlijk minder lawaai en meer rijcomfort;• ongeveer 10 % meer vermogen en koppel;• lager brandstofverbruik;• minder en beter beheersbare uitlaatgas-emissie zodat aan de Euro 5

en ook 6 kan worden voldaan;• aanpassing van het systeem aan verschillende motoren is relatief een-

voudig.

Deze verbeteringen worden verkregen door:

• de inspuithoeveelheid, het inspuitverloop en het inspuitmoment doorelektromagnetische of piezo-injectoren te sturen;

• een vrij regelbare brandstofdruk met behulp van een kenveld;• hoge inspuitdrukken ook bij lage toerentallen;• het inspuitbegin met voorinspuiting(en), hoofdinspuiting en zonodig

de na-inspuiting flexibel te regelen;• een betere mengselvorming ten gevolge van de hogere inspuitdruk

(200 tot 2000 bar);• toepassing van een brandstofdoseerklep waardoor minder aandrijfver-

mogen voor de hogedrukpomp nodig is.

Behalve Bosch leveren ook Continental (Siemens-VDO), Delphi en Denso eigencommonrail-systemen aan de automobielindustrie. Al deze systemen zijn enigs-zins verschillend en kennen hun eigen ontwikkelingsfase. Fig. 2 geeft een op-stelling van het brandstofcircuit van een Bosch commonrail-systeem. De brand-stof wordt met behulp van een elektrische opvoerpomp door een filter via een(niet altijd toegepaste) voordrukpomp naar de hogedrukpomp geperst. De ho-gedrukpomp voorziet de commonrail van brandstof onder hoge druk. De brand-stofdruk varieert tussen de 200 en 2000 bar. Op de commonrail zijn de injec-toren (1 per cilinder) aangesloten. Voor de regeling van de hydraulische druktreffen we een brandstofdoseerklep, een brandstofdrukregelklep en een rail-druksensor aan. De ECM of CRS-computer regelt de druk en stuurt de injectorenaan. De overtollige brandstof wordt vanaf de hogedrukpomp en de commonrailteruggevoerd. De retourdruk bedraagt ongeveer 1 bar voor de magneetinjecto-ren en 10 bar voor de piezo-injectoren.

2

Page 3: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 2: Opstelling van de componenten van een commonrail-inspuitsysteem (Bosch)

1.0.1 Hydraulisch gedeelte

Wanneer we de verschillende uitvoeringen van de commonrail-systemen bekij-ken dan kunnen we de volgende hydraulische onderdelen tegenkomen:

• brandstoftank, opvoerpomp mechanisch of elektrisch en een elektrischverwarmd brandstoffilter met waterafscheider;

• hogedrukpomp met enkelvoudige of meervoudige plunjers op verschil-lende wijzen aangedreven;

• commonrail (galerij) met hogedrukleidingen en diverse aansluitingen;• retourleidingen van filter, pomp en injectoren;• elektro-magnetische of piezo-injectoren;• brandstofdoseerklep, meestal op de pomp gemonteerd, PWM ge-

stuurd;• brandstofdrukregelklep, in de pomp of op de commonrail gemonteerd,

PWM gestuurd;• brandstoftemperatuursensor in de pomp gemonteerd;• druksensor, vaak aan een uiteinde van de rail aangebracht;• brandstofdruk beveiligingsklep, vaak aan het uiteinde van de rail aan-

gebracht;• CRS-computer

3

Page 4: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

2 Brandstofopvoerpomp

Bij de niet zelfaanzuigende HD-pompen kunnen we een elektrische brandstof-pomp in de tank aantreffen. Dit is meestal een complete unit die ook de brand-stofhoeveelheidssensor (tankelement) bevat. Zie fig. 3. De eigenlijke pomp isvaak een vleugel- of tandwielpomp. Voor het starten wordt de brandstofop-voerpomp gedurende korte tijd door het brandstofpomprelais bekrachtigd. Deopvoerdruk bedraagt 1 tot 5 bar. De eerste Delphi systemen gebruikten eenopvoerpomp in de behuizing van de hogedrukpomp. Deze vleugelpomp zoogde brandstof op met een onderdruk van 65 mbar waarna de druk werd opge-voerd naar maximaal 6 bar. De Continental HD-pomp was ook uitgevoerd meteen geıntegreerde voordrukpomp. Ook uitvoeringen met een extra elektrischeopvoerpomp in de tank werden toegepast.

Figuur 3: De elektrische brandstoftoevoerpomp is met brandstofhoeveelheidssensor als een com-plete unit in de tank ingebouwd. Tekening: technik profi.

3 Brandstoffilter

Het brandstoffilter tussen de tank en de hogedrukpomp filtert de brandstof, be-zit een waterafscheider en een verwarmingselement. Het verwarmingselementvoorkomt het uitvlokken van de brandstof bij lage temperaturen. Vervangingvan het papieren filterelement op vaste interval tijden is belangrijk. De huidigefilters bij de CR-systemen zijn fijnfilters met filteropeningen van minder dan 1

4

Page 5: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

µm. Paraffine-kristallen die ontstaan bij koude blijven in het filter achter en kun-nen het filter verstoppen. Brandstoffilters met voorverwarming voorkomen dit.De voorverwarming is vaak uitgevoerd met bi-metaal gestuurde verwarmings-elementen of een temperatuur afhankelijke regelklep die in de retourleiding isgeıntegreerd. De brandstof-retourstroom wordt dan geregeld. Bij een tempera-tuur van 00C bedraagt de retourstroom 60 l/min en bij een temperatuur van50C slechts 5 l/min. Ook worden er meer en meer waterdetectie sensoren toe-gepast. De bestuurder wordt dan gewaarschuwd wanneer er zich te veel waterin het filter bevindt.

Figuur 4: Brandstoffilter van Mahle met geıntegreerd brandstofverwarmingselement. 1=water-aftappunt, 2=elektrisch verwarmings- en waterdetectie element, 3=brandstoftoevoer, 4=wa-terafscheider, 5=waterdetectie elektroden, 6=wateropslag, 7=elektrisch verwarmingselement,8=filterelement, 9=brandstofafvoer. Tekening: technik profi.

4 Hogedrukpompen

De hogedrukpomp levert de brandstof onder druk aan de commonrail. Aan-vankelijk werden drieplunjer-pompen toegepast, later is men overgestapt optwee en eenplunjer-pompen. Hogedrukpompen kunnen zowel door de kruk-as als door de nokkenas worden aangedreven. Fig. 5 toont een Bosch radiaal

5

Page 6: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

hogedrukpomp. Het betreft een eenplunjer-pomp die met een dubbele nok isuitgevoerd en door de krukas wordt aangedreven. De eerste generatie hoge-drukpompen van Bosch werkten met een systeemdruk van ongeveer 1300 bar,met de invoering van de CP3-pomp werd een systeemdruk van 1600 bar be-reikt, nu met de CP4.1 (eenplunjer-pomp) en CP4.2 (tweeplunjer-pomp) gaathet om maximale drukken van 1800 resp. 2000 bar. In de nabije toekomst wordteen druk van 2500 bar verwacht. Ook de Delphi en Continental pompen wer-ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst teverhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare plun-jer gekozen. Ook een toegepaste brandstofhoeveelheidsregelaar zorgt ervoordat er niet te veel brandstof wordt teruggevoerd. Na het afzetten van de mo-tor blijft er een restdruk achter van 50 tot 80 bar. Bij werkzaamheden aan hethogedruksysteem moet daar om veiligheidsredenen rekening mee worden ge-houden. De beweging van de plunjers wordt verkregen door een nok of eenexcentriek. De brandstof kan onder druk van de opvoerpomp (de hogedruk-pomp kan in somige gevallen ook zelf aanzuigend zijn) een inlaatklep passerenwanneer de plunjer naar beneden gaat. Wanneer de plunjer weer omhoog gaatsluit de inlaatklep en wordt een kogelklep opengedrukt. Dit gebeurt wanneerde druk in de rail wordt overschreden. Bij de rail bevindt zich een elektronischgestuurde drukregelaar. Wanneer de gewenste kenvelddruk wordt bereikt kanbrandstof retour stromen waardoor de druk vermindert.

5 Brandstofdoseerklep

De brandstofdoseerklep ook wel volumestroomklep genoemd bevindt zich in debehuizing van de HD-pomp. De klep doseert de hoeveelheid brandstof die naarde hogedrukpomp wordt gevoerd. Bij een geringe hoeveelheid zakt de drukin de rail, meer brandstof doet de druk stijgen. De klep wordt vanuit de CRI-computer door een PWM-signaal aangestuurd. Als de doseerklep sluit neemtde hoeveelheid brandstof naar de hogedrukpomp af. In stroomloze toestand isde klep bij Delphi geheel geopend. Bij Denso is deze echter gesloten. Bij Boschkunnen beide systemen worden aangetroffen. Bij een aantal pompuitvoeringenkomt de hogedrukregelklep door de toepassing van de doseerklep te vervallen.In plaats van de hogedrukregelklep wordt dan een mechanische hogedruk be-grenzingsklep toegepast. Ook zijn er systemen die beide kleppen toepassen. Ziefig. 6.

6 Brandstofdrukregelaar

De brandstofdrukregelaar is veelal op de rail gemonteerd. Bij Continental be-vindt de drukregelaar zich echter op de HD-pomp. Het is een elektromagne-tische klep die weer met een pulsbreedte gemoduleerd signaal wordt aange-

6

Page 7: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 5: De CP4.1 pomp van Bosch. 1=klep voor brandstofdosering, 2=fijnfilter, 3=overstroom-klep, 4=aandrijfas met nok, 5=looprol, 6=rolstoter, 7=plunjerveer, 8=plunjer, 9=aansluitingvoor commonrail, 10=retour en terugslagklep, 11=aanzuigklep, 12=intern brandstofkanaal,a=brandstofretour, b=brandstoftoevoer. Tekening Bosch, technik profi

7

Page 8: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 6: Doseerklep van Continental; 1=drukveer, 2=huis, 3=klepplunjer, 4=spoel, 5=ankerTekening: technik profi.

stuurd. Wanneer de magneetspoel niet wordt bekrachtigd dan zorgt de druk-veer voor een minimale restdruk van ongeveer 50 bar. De brandstofdrukrege-laar regelt de gewenste inspuitdruk in overeenstemming met de in het kenveldopgenomen waarden. Zie fig. 7

Figuur 7: Brandstofdrukregelaar van Continental 1=klepzitting, 2=kogelklep, 3=drukstift,4=magneetspoel, 5=anker, 6=veer. Tekening: technik profi.

7 Brandstofdruksensor

De actuele raildruk wordt door een druksensor gemeten. Het regelsysteem ver-gelijkt de actuele druk met de in het kenveld opgeslagen druk en regelt hetdrukverschil weg. De druk wordt in de sensor omgezet in een analoge spanningtussen de 0,5 en 4,5 V. Wanneer de sensor defect raakt wordt de brandstof-drukregelaar met een vaste waarde aangestuurd en gaat de motor in noodloop.In dat geval wordt het vermogen begrensd en het toerental op een maximale

8

Page 9: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

waarde van ongeveer 2000 t/min gehouden. Bij systemen die niet zijn uitge-voerd met een drukregelaar wordt de motor meestal uitgeschakeld. De brand-stofdruksensor is op de rail gemonteerd. Zie fig. 8

Figuur 8: Brandstofdruksensor van Bosch. 1=stekkeraansluiting, 2=elektronica-schakeling,3=staalplaat met rekstrook, 4=drukkanaal. Tekening:technik profi.

8 Brandstofdrukbegrenzingsklep

De brandstofdrukbegrenzingsklep is een overstroom-beveiligingsklep die opentwanneer de druk te hoog oploopt. Soms heeft deze klep ook een noodloopfunc-tie die een bepaalde druk in geval van een storing handhaaft. De klep zit vaakop de rail gemonteerd en heeft een openingsdruk van bijv. 2000 bar. Zie fig. 9.

9 Commonrail

De commonrail als hogedrukreservoir is meestal een buis gemaakt van smeed-staal. Ford en Renault passen ook bolvormige hogedruk-voorraadsreservoirstoe. De rail heeft behalve de functie om dieselbrandstof onder hoge druk voorinspuiting paraat te houden ook de taak om drukpulsen te dempen. De inhoudvan een commonrail bedraagt ongeveer 13 cm3 en is een compromis. Enerzijds

9

Page 10: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 9: De brandstofdrukbegrenzingsklep werkt met een vaste ingestelde druk. Tekening: tech-nik profi.

geeft een klein volume een snelle drukopbouw zoals bij het starten vereist is,anderzijds geeft een groter volume minder drukvariaties door de elasticiteit vande vloeistof. Op de rail kunnen afhankelijk van het systeem, de druksensor, dedrukbegrenzings en/of de brandstofdrukregelklep zijn gemonteerd. Zie fig. 10.De foto van fig. 11 geeft een opstelling van een commonrail-systeem bij Kia. Ge-

Figuur 10: Commonrail Bosch

heel links bevindt zich de raildruksensor, op de pomp de brandstofdoseerklepen geheel rechts de brandstofdrukregelaar.

10

Page 11: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 11: CRI-systeem Kia. pijl links: raildruksensor; pijl midden: brandstofdoseerklep; pijlrechts: brandstofdrukregelaar

11

Page 12: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

10 Commonrail injectoren

10.0.2 Elektro-magnetische injectoren

Tot voor kort maakte men uitsluitend gebruik van elektro-magnetische injec-toren. Deze injectoren worden elektrisch bediend. Voorafgaand aan de hoofd-inspuiting vinden (ook hier) voorinspuitingen plaats. De principiele werkingis overeenkomstig fig. 12. De injector die aangesloten is op de commonrail isgevuld met brandstof onder druk. Dit geldt zowel voor de ruimte onder als bo-ven de injectornaald. Waneer er niet wordt ingespoten dan drukt de veer deelektro-magnetische klep naar beneden. De brandstofdruk bovenin de regelka-mer (1) drukt samen met de injectorveer de naald op de zitting (fig. links). Ophet moment dat inspuiting moet plaatsvinden wordt er spanning op de mag-neetspoel gezet waardoor de magneetklep bovenin de injector opent. Door hetopenen van de klep ontstaat er een extra ruimte waardoor de regelkamer druk-loos wordt. De inspuitdruk tegen de naald doet deze omhoog gaan waardoorde (voor)inspuiting plaats vindt (fig. rechts).

Figuur 12: Links: situatie: geen inspuiting. De druk in de regelkamer 1 drukt de naald op dezitting. Rechts: situatie: inspuiting. De regelkamer wordt drukloos door het openen van de mag-neetklep. De naald gaat omhoog. Tekening: Bosch, technik profi.

12

Page 13: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

10.0.3 Piezo injectoren

Momenteel zijn piezo-injectoren sterk in opkomst. Er zijn piezo-injectoren vanBosch, Denso, Continental en Delphi. Piezo-injectoren maken gebruik van hetpiezo-effect dat wil zeggen dat wanneer er spanning op een piezo-elementwordt gezet er een lengteverandering optreedt (fig. 13). De lengteverandering

Figuur 13: Links: piezoverstuiver van Siemens VDO ingebouwd in de Jaguar S-type. Rechts:detail van het piezo-element opgebouwd uit 350 plaatjes.Tekening uit: techni profi.

van het piezo-element wordt in sommige gevallen mechanisch/hydraulisch ver-groot. Fig. 14 laat een hydraulische koppeling zien van Bosch. Het systeem isvergelijkbaar met een hydraulische klepstoter en compenseert de speling. Dehydraulische koppeling maakt een restdruk van ongeveer 10 bar noodzakelijk.

13

Page 14: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

De totale lengteverandering bedraagt ongeveer 0,08 mm en de aanstuurspan-

Figuur 14: Hydraulische koppeling voor naaldlengte-compensatie van een piezo-injector.1=piezo-element, 2=overdrukklep, 3=stuurdruk hydraulische koppeling, 4=hydraulische kop-peling, 5=plunjer stuurklep, 6=plunjer piezo- element

ning tussen 100 en 150 V. Deze spanning wordt verkregen met behulp van con-densatoren. De stroom bedraagt enige amperes. Om de naald te sluiten moetde stroomrichting kortstondig worden omgekeerd (fig. 15). De voordelen van

Figuur 15: Links: Het spanningsverloop van een piezo-injector met twee voorinspuitingen.Rechts: Het stroomverloop.

de piezo-elementen liggen in hoofdzaak in de meer nauwkeurige aansturingwaardoor een beter beheersbare inspuittijd wordt verkregen. Piezo-injectorenschakelen ongeveer 5x sneller als de elektro-magnetische. Zie fig. 16. Fig. 17laat het drukverloop zien in de rail bij verschillende toerentallen onder verschil-lende belastingen. De bovenste begrenzingslijn stelt de maximale gemiddeldezuigerdruk voor tijdens vollast. Fig. 18 laat de grafiek zijn van de commonrailinspuiting van de Toyota Auris. De druk bedraagt max. 1400 bar bij het volledigintrappen van het gaspedaal.

14

Page 15: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 16: In vergelijking met de elektro-magnetische injectoren is de ingespoten hoeveelheidbij de piezo injector aanmerkelijk constanter in relatie tot de inspuitdruk (Technik Profi).

Figuur 17: Drukverloop in de rail bij verschillende toerentallen en belastingen (Fiat 1,9 ltr).

15

Page 16: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 18: Opname met behulp van de Toyota intelligent tester op een Toyota Auris met com-monrail inspuiting.

10.0.4 Inspuitsignaal, inspuitmoment en inspuitverdeling

Het signaal dat op de elektromagnetische verstuivers wordt gezet is veelal vaneen omvormer afkomstig die door de CRI-computer wordt aangestuurd. EenDC/DC omvormer zorgt ervoor dat de dynamospanning omgezet wordt in eenhogere gelijkspanning van ongeveer 150 V. Hierdoor wordt een snelle reactieverkregen. Het omzetten van 12 V naar 150 V gebeurt door het pulsgewijs opla-den van een condensator. Fig. 19 laat dit zien. Wanneer een stabiele klepsituatieis verkregen dan kan de spanning weer worden teruggebracht tot de normalebedrijfsspanning (stroomregeling). Vanuit de omvormer-eindtrap wordt een in-spuitbevestigingssignaal teruggezonden naar de computer. Fig. 20 geeft eenoverzichtsschema. Voor het bepalen van het inspuitmoment en de inspuitver-deling wordt gebruik gemaakt van dezelfde regelprincipes als bij de benzine-inspuiting het geval is. Een nokkenassensor, meestal uitgevoerd als Hall-sensoren een krukasreferentiesensor uitgevoerd als inductieimpulsgever geven hun in-formatie af aan de CRI-computer. De CRI-computer berekent hieruit het juisteinspuitmoment en bepaalt welke cilinder inspuiting nodig heeft. Voor het bepa-len van de motorbelasting kan -afhankelijk van de uitvoering- gebruik wordengemaakt van:

• de gaspedaalsensor (gewenste belasting);• hittedraadsensor;• druksensor (turbo-druk) e.d.

16

Page 17: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

L

C

S

D

naar injector

+

12V

Figuur 19: Het principe van een DC/DC-omvormer. Wanneer we een aantal keren achter elkaarop de schakelaar drukken dan wordt door de opgewekte inductiespanning in de spoel L de con-densator C stapsgewijs geladen. De spanning loopt op omdat de diode D de condensatorspanningvasthoudt. Op het juiste moment kan de condensator over de injectorspoel worden ontladen.

Figuur 20: Het elektrische (blok)schema van de verstuivereindtrap voor een elektromagnetischeverstuiver (Toyota).

17

Page 18: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Uiteraard zijn er meer maar minder belangrijke variabelen nodig. Zie verder devoorbeeldschema’s van fig. 21

Figuur 21: Boven: variabelen nodig voor de regeling van het inspuitmoment. Onder: variabelennodig voor het regelen van de inspuithoeveelheid (info Toyota).

10.0.5 Uitvoering

Evenals de andere systemen is het commonrail-systeem uitgevoerd met eengeıntegreerd turbosysteem, roetfiltersysteem, voor(gloei)verwarmingssysteem,EGR-systeem, cruise-control, eigen diagnose etc. Elke uitvoering zal echterapart moeten worden bestudeerd.

11 Diagnose commonrail-systemen

Bij start- en vermogensproblemen kan de oorzaak liggen in de brandstofvoor-ziening of in de elektronica. Bij brandstofproblemen treft men nogal eens destoring ’raildrukafwijking’ aan. We zullen dan onder de juiste rijomstandighe-den de druk moeten bestuderen in de datalijst van de tester. In de datalijstkomen we de werkelijke druk (Istwert) en de gewenste druk (Sollwert) tegen.Deze twee waarden mogen niet meer dan 20 bar verschillen. Tijdens het startenmoet de raildruk bij de meeste voertuigen boven de 200 bar liggen. Wordt ergeen druk gemeten dan moet de signaalspanning van de raildruksensor wordengecontroleerd. Deze zal tijdens het starten ongeveer 1 V bedragen. Een defec-te raildruksensor weerhoudt de motor meestal niet van aanslaan. Het systeemgaat dan over in noodloop en houdt het toerental op een maximale waarde tus-sen de 2000 en 3000 t/min. Is de raildruk te laag dan moet het gehele brand-stofcircuit worden gecontroleerd. Men kan beginnen met het controleren vande opvoerpomp in de tank. De druk naar de hogedrukpomp toe moet ongeveer0,6 bar bedragen. Zie fig. 22. De exacte druk is afhankelijk van het systeem

18

Page 19: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 22: De gemeten druk in de toevoerleiding naar de hogedrukpomp. Foto: technik profi

en de juiste druk moet in het reparatiehandboek worden opgezocht. Als na hetaanzetten van het contact er geen druk wordt opgebouwd dan dient de pompelektrisch te worden gecontroleerd. Het stroomverbruik ligt rondom de 5 A.Een te lage druk kan wijzen op een verstopt filter. Een goed brandstoffilter maggeen groter drukverschil hebben dan 0,2 bar. Als er sprake is van een voordruk-pomp in de hogedrukpomp dan wordt de druk opgevoerd naar ongeveer 5 bar.Meestal is deze druk niet te meten, maar we kunnen wel de retourstroom van dehogedrukpomp meten. Met behulp van een maatbeker meten we 20 tot 30 cm3

wanneer we de motor ongeveer 10 s starten. Wanneer de raildruk nog steeds telaag blijft dan kan er sprake zijn van interne lekkage bij de drukregelaar of deinjectoren. Met een maatbeker kunnen we de hoeveelheid retourbrandstof weermeten. Omdat er bij de injectoren sprake kan zijn van een aanzienlijke retour-druk kan de lek het beste gemeten worden met een gesloten meetsysteem. Mentest dan onder bedrijfsomstandigheden. Een afwijking van 20% wordt over hetalgemeen toegestaan. zie fig.23. Ook met een open meetsysteem kan men met

Figuur 23: Brandstof retour meting van de injectoren. De retourdruk bedraagt hier ongeveer 1bar. Foto:technik profi

19

Page 20: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

een lektest de retourhoeveelheid meten. We volgen dan de volgende procedure:Zie fig. 24.

• Breng doorzichtige plastic slangen aan op de retour-aansluiting van deinjectoren;

• Start de motor en laat de motor een paar seconden draaien totdat erongeveer 10 cm brandstof in de plastic slangetjes staat;

• Merk de vloeistofhoogte met een viltstift;• Verwijders nu alle connectoren zodat de injectoren niet meer openen;• Start nu de motor gedurende 10 seconden en meet de hoeveelheid ex-

tra lekbrandstof. Deze hoeveelheid moet voor alle cilinders nagenoeggelijk zijn.

Figuur 24: Meting van de hoeveelheid lekbrandstof via de injectoren met een open retourmeting.

Ook de meetwaarden in de datalijst van de tester geven veelal informatieover de onderlinge afwijking van de inspuithoeveelheden. Het meten van deinjector-retourdruk is belangrijk. Afhankelijk van het type injector ligt deze tus-sen de 1 en 10 bar. Een te lage druk wijst in de richting van de drukregelklep inde retourleiding. De elektrische werking van de hogedrukregelklep kan ook meteen een oscilloscoop worden gecontroleerd. De duty-cycle tijdens het stationairdraaien moet tussen de 10 en 20 % liggen. Zie fig. 25 Wanneer een injectorverdacht wordt kan de capaciteit van de Piezo-injectoren worden gemeten. Wedoen dat met behulp van een multimeter. De capaciteit bedraagt 2 tot 3 µF.Zie fig. 26. Ook het nokkenas- en krukassensor alsmede de gaspedaal sensormoeten in het diagnosetraject niet worden vergeten.

20

Page 21: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

Figuur 25: Het oscilloscoopsignaal van de hogedrukregelklep tijdens stationair draaien (Sie-mens).

Figuur 26: De capaciteit van een piezo-injector bedraagt ongeveer 2 tot 3 µF. Foto: technik profi

21

Page 22: Dieselmanagement (6) - timloto.org · ken met soortgelijke hoge drukken. Om het rendement bij lage opbrengst te verhogen wordt bij de meerplunjer-pompen wel voor een uitschakelbare

12 Vragen en opgaven

Zie boek

22