DENSO Common-Rail-Diesel - 4. Generation

Als ein weltweit führender Hersteller von Dieseltechnologie stellt DENSO seit 1957 Einspritzdüsen für Dieselmotoren her und war beispielsweise 1991 der erste Erstausrüster für keramische Glühkerzen. 1995 leistete DENSO Pionierarbeit mit dem Common-Rail-System (CRS): Dr. Shohei Itoh und Masahiko Miyaki von der DENSO Corporation entwickelten das Common-Rail-Kraftstoffsystem für schwere Nutzfahrzeuge, das 1995 in den Hino Ranger-Lkw eingebaut wurde. Seither unterstützt das Unternehmen Fahrzeughersteller auf der ganzen Welt dabei, immer effizientere und zuverlässigere Dieselfahrzeuge zu entwickeln und hat zahlreiche Weltneuheiten in der CRS-Entwicklung auf den Markt gebracht. Dazu zählen beispielsweise das weltweit erste 1.800-bar Diesel-Common-Rail-System mit hochempfindlichen Piezo-Injektoren oder die weltweit erste auf einem geschlossenen Regelkreis basierende Dieselinjektorsteuerung i-ART.

Wesentliches Merkmal, um immer weitere Effizienzverbesserungen zu erreichen, ist die Tatsache, dass das System mit Kraftstoff unter Druck arbeitet. Dabei hat sich mit der Weiterentwicklung der Technologie und der Verbesserung der Motorleistung auch der Druck des Kraftstoffs im System erhöht, und zwar von 120 Megapascal (MPa) oder 1.200 bar bei der Einführung des Systems der ersten Generation auf bis zu 250 MPa bei einem System der vierten Generation. Dabei sind zwischen einem Common-Rail-System der ersten und der vierten Generation der Kraftstoffverbrauch um 50 % und die Emissionen um 90 % gesunken, während die Motorleistung in diesen 18 Jahren um 120 % gestiegen ist. Um bei den hohen Drücken erfolgreich arbeiten zu können, ist das Common-Rail-System auf drei wichtige Elemente angewiesen: die Kraftstoffpumpe (Hochdruckpumpe), die Einspritzdüsen (Injektoren) und die Elektronik, die sich natürlich mit jeder Generation weiterentwickelt haben.

Die Hochdruckpumpe

Die ursprünglichen HP2-Kraftstoffpumpen, die in den späten 1990er Jahren hauptsächlich im Pkw-Segment eingesetzt wurden, haben mehrere Entwicklungsstufen durchlaufen, bis sie heute, gut 20 Jahre später, als HP5-Versionen eingesetzt werden. Sie sind als Einzylinder- (HP5S) oder Zweizylinderpumpen (HP5D) erhältlich, deren Fördermenge durch ein Saughubsteuerventil gesteuert wird, das dafür sorgt, dass die Pumpe ihren optimalen Druck beibehält, unabhängig davon, ob der Motor unter Last steht oder nicht. Neben der HP5-Pumpe, die für Pkw und kleinere Nutzfahrzeuge verwendet wird, gibt es die HP6 für Sechs- bis Acht-Liter-Motoren und die HP7 für Motoren mit größerem Hubraum.

Die Injektoren: hochpräzise Kraftstoffeinspritzung

Obwohl sich die Funktion der Injektoren im Laufe der Generationen nicht geändert hat, hat sich die Komplexität der Kraftstoffzufuhr beziehungsweise -verteilung erheblich weiterentwickelt, um die Verbrennungseffizienz zu maximieren. Die größte Veränderung betrifft dabei die Injektor-Steuerung.

Im Zuge der immer strenger werdenden Emissionsvorschriften wichen rein mechanische Einspritzdüsen elektromagnetisch gesteuerten, schnell schaltenden Versionen. Leistungsfähige Elektronik ermöglichte kurze Einspritzabstände und mit der Mehrfacheinspritzung die weitere Senkung der Emissionen. Um die neuesten Abgasnormen zu erfüllen, musste die Injektor Steuerung jedoch noch präziser werden bis hin zur Notwendigkeit, innerhalb von Mikrosekunden zu reagieren. Dies führte zur Entwicklung der Piezo-Einspritzdüsen.

Diese Einspritzdüsen beruhen nicht auf elektromagnetischer Dynamik, sondern enthalten Piezokristalle, die sich bei Anlegen eines elektrischen Stroms ausdehnen und erst beim Entladen wieder in ihre ursprüngliche Größe zurückkehren. Diese Ausdehnung und Kontraktion erfolgt innerhalb von Mikrosekunden. Durch diesen Prozess wird der Kraftstoff aus dem Injektor in die Kammer gedrückt. Da sie so schnell arbeiten, können Piezo-Einspritzdüsen mehr Einspritzungen pro Zylinderhub vornehmen als eine magnetbetätigte Version, und das bei höherem Kraftstoffdruck, was die Verbrennungseffizienz noch weiter verbessert. Ab der zweiten Generation sind magnetbetätigte und piezoangesteuerte Injektoren im Einsatz. Piezo-Injektoren der vierten Generation arbeiten bei einem Druck bis 2.700 bar mit neun Einzeleinspritzungen pro Arbeitstakt und einer Reaktionszeit von unter 0,1 Millisekunde. Dies ermöglicht eine hohe Motorleistung bei niedrigem Verbrauch und niedrigen Emissionen. Im Vergleich dazu erzielten Injektoren der zweiten Common-Rail-Generation bei Drücken bis 1.800 bar pro Arbeitstakt lediglich fünf Einzeleinspritzungen mit einer Reaktionszeit von 0,2 Millisekunden.

Die Elektronik

Das letzte Element ist die elektronische Steuerung des Einspritzvorgangs. Neben der Auswertung zahlreicher anderer Parameter wird dieser traditionell mit Hilfe eines Drucksensors gesteuert, der den Druck in der Kraftstoffleitung an das Motorsteuergerät (ECU) weiterleitet. Trotz des technischen Fortschritts können Kraftstoffdrucksensoren jedoch immer noch ausfallen, was zu Fehlercodes und im Extremfall zur vollständigen Abschaltung der Zündung führt. Daher hat DENSO eine genauere Technologie entwickelt, die den Druck der Kraftstoffeinspritzung mit einem Sensor misst, der in jedem Injektor selbst eingebaut ist.

i-ART von DENSO

Die so genannte intelligent-Accuracy Refinement Technology (i-ART) von DENSO basiert auf einem geschlossenen Regelkreis. Es handelt sich um einen selbstlernenden Injektor, der – ausgestattet mit einem eigenen Mikrochip – die Menge und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung automatisch dem jeweils optimalen Sollwert anpasst. Dazu ist jedes Einspritzventil mit einem Drucksensor ausgestattet, der den aktuellen Kraftstoffdruck zum Abgleich mit den Sollwerten an die Motorsteuerung übermittelt. Weil jeder Injektor über einen eigenen Mikrochip verfügt, auf dem die individuellen Werte gespeichert werden, können auch dann noch die optimalen Einspritzwerte erreicht werden, wenn es über die Zeit zu Verschleißerscheinungen oder Leistungsunterschieden zwischen den einzelnen Einspritzdüsen kommt. Dadurch kann der Schadstoffausstoß deutlich gesenkt und die Kraftstoffeffizienz erhöht werden. i-ART ist eine Entwicklung, die DENSO nicht nur in seine Piezo-Injektoren der vierten Generation, sondern auch in ausgewählte elektromagnetisch gesteuerte Versionen derselben Generation integriert hat.

DENSO Common-Rail-Dieselprodukte für den Aftermarket

DENSO, heute drittgrößter Hersteller von Common-Rail-Diesel-Systemen der Welt, beliefert auch den Aftermarket mit DENSO Common-Rail-Produkten. Das Produktprogramm beinhaltet Hochdruckpumpen HP2, HP3 und HP4, Saughubsteuerventile für HP2, HP3 und HP4 sowie die komplette Palette an Common-Rail-Injektoren. Dazu zählen magnetgesteuerte sowie piezogesteuerte Injektoren sowohl mit als auch ohne i-ART Steuerung. Bei den Einspritzdüsen der 4. Generation gibt es Elektromagnet-Einspritzdüsen mit oder ohne i-ART-Technologie und Piezo-Einspritzdüsen, die alle mit i-ART-Technologie ausgestattet sind.

Das Besondere: Das gesamte DENSO Diesel-Programm bietet Handel und Werkstätten DENSO Originalersatzteile, die im Aftermarkt einzigartig und bei keinem anderen Hersteller erhältlich sind. Mit dem Zugriff auf neue DENSO Ersatzteile für Common-Rail-Systeme eröffnet DENSO Freien Werkstätten nicht nur Geschäftspotenzial im Dieselsegment, sondern auch Sicherheit bei Wartung und Reparaturen durch die Zuverlässigkeit von Originalersatzteilen, die die Herstellerspezifikationen erfüllen.

Sortimentserweiterungen Oktober und November 2021

Mit den jüngsten Sortimentserweiterungen im Herbst 2021 hat DENSO sein Common-Rail-Teileprogramm um sieben neue Injektoren und fünf neue Hochdruckpumpen für Mitsubishi, Opel, Subaru und Toyota Anwendungen erweitert. Außerdem ist mit der Artikelnummer DCP302430 eine Common-Rail-Pumpe für den Opel 1.6 CDTI Motor wieder im Programm (Relaunch). Die insgesamt 13 wieder bzw. neu aufgenommenen Dieselkomponenten decken 23 OE-Referenzen ab und bieten OE-Qualität für einen Bestand von 198.000 zugelassenen Diesel-Pkw in Deutschland, Österreich und der Schweiz. Zu den Anwendungen zählen weit verbreitete Modelle der Marken Mitsubishi, Nissan, Opel, Subaru und Toyota, darunter beispielsweise:

• Mitsubishi Pajero IV 3.2 DI-D / 4WD
• Nissan Navara 2.5 dCi / 4WD
• Opel Astra K Sports Tourer 1.6 CDTI
• Subaru Forester 3.2 DI-D / 4WD
• Toyota Hilux VIII Pickup 2.4 D / 4WD

Alle Details zur aktuellen Sortiments-Erweiterung und zum gesamten DENSO Diesel-Programm finden Sie hier im DENSO E-Katalog und in der aktuellen TecDoc Ausgabe. Weitere Informationen erhalten Sie zudem beim DENSO After Market Vertrieb Deutschland unter E-Mail-Adresse info.aftermarket@eu.denso.com.