Was ist Common Rail?
Die größte technische Herausforderung in der Geschichte des Dieselmotors bestand darin, Kraftstoff im exakt richtigen Moment mit dem exakt richtigen Druck in den Zylinder zu bringen. Das Common-Rail-System löst dieses Problem, indem es die Druckerzeugung vollständig von der eigentlichen Einspritzung trennt. Die namensgebende "Rail" ist eine gemeinsame Hochdruckleitung, die alle Injektoren gleichzeitig versorgt – Kraftstoff kann so unabhängig von der Motordrehzahl genau dann und in genau der Menge eingespritzt werden, die gebraucht wird.
Bei älteren Systemen wie Reihenpumpen oder Pumpe-Düse-Einheiten wurde der Druck mechanisch im selben Moment erzeugt, in dem er benötigt wurde – das führte bei niedrigen Drehzahlen zu schwacher und bei hohen Drehzahlen zu schwer kontrollierbarer Einspritzung. Common Rail umgeht dies, indem der Kraftstoff in einem Speicher unter Druck bereitgehalten und erst durch elektronisch angesteuerte Injektoren freigegeben wird.
Wie das System funktioniert
Die Hochdruckpumpe
Der aus dem Tank angesaugte Kraftstoff durchläuft zunächst eine Niederdruck-Vorförderpumpe, bevor er die Hochdruckpumpe erreicht. Diese verdichtet den Kraftstoff mechanisch und erreicht in modernen Systemen Drücke von 1.600 bis 2.500 bar – ein Vielfaches des Drucks in einem Autoreifen.
Die gemeinsame Rail
Der verdichtete Kraftstoff wird in der namensgebenden Leitung gespeichert. Sie wirkt wie ein Druckpuffer und hält unabhängig von Drehzahl und Last einen konstanten, hohen Druck – der Kraftstoff steht so für jeden Zylinder unter denselben Bedingungen bereit.
Injektoren und Piezotechnik
Von der Rail führt zu jedem Zylinder eine eigene Hochdruckleitung, die in einem elektronisch gesteuerten Injektor endet. Frühe Systeme nutzten Magnetventile zum Öffnen und Schließen, spätere Generationen setzten auf piezoelektrische Injektoren, die deutlich schneller reagieren. Piezokeramiken verformen sich innerhalb von Bruchteilen einer Millisekunde, sobald Strom angelegt wird – dadurch kann der Injektor innerhalb eines einzigen Verbrennungszyklus mehrfach öffnen und schließen. So lassen sich eine kleine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung danach realisieren, was die Verbrennung sanfter und leiser macht.
Ein Blick in die Geschichte
Erste Versuche in der Schweiz
Die Idee reicht bis in die späten 1960er-Jahre zurück, als der Schweizer Ingenieur Robert Huber begann, Druckerzeugung und Einspritzzeitpunkt zu trennen. Marco Ganser von der ETH Zürich verfeinerte das Konzept später weiter – doch die Elektronik jener Zeit war für eine Serienfertigung noch nicht ausgereift genug.
Fiat, Magneti Marelli und die Partnerschaft mit Bosch
Der entscheidende Durchbruch gelang in den 1990er-Jahren in Italien. Die Forschungsabteilung von Fiat, Centro Ricerche Fiat, entwickelte gemeinsam mit Elasis und Magneti Marelli ein elektronisch gesteuertes Common-Rail-System. Finanzielle Schwierigkeiten zwangen Fiat jedoch, die Rechte zur Serienentwicklung an den deutschen Zulieferer Bosch zu verkaufen. Bosch industrialisierte die Technik und brachte sie 1997 erstmals im Alfa Romeo 156 in Serie; im selben Jahr folgte Mercedes-Benz mit einer eigenen Version.
Ein paralleler Weg in Japan
Unabhängig von den europäischen Entwicklungen arbeitete bei Denso in Japan ein Team um Shohei Itoh und Masahiko Miyaki an einem eigenen Common-Rail-System für Nutzfahrzeuge, das 1995 im Hino Rising Ranger in Serie ging. Zwei völlig getrennte Entwicklungswege führten so fast zeitgleich zur gleichen Lösung.
Warum das wichtig ist
Der größte Verdienst von Common Rail ist, Einspritzzeitpunkt und -menge von der Motordrehzahl zu entkoppeln. Diese Flexibilität erlaubt mehrere kleine Einspritzungen pro Verbrennungszyklus: Die Voreinspritzung macht die Verbrennung weicher und reduziert das typische Dieselnageln, die Haupteinspritzung liefert die Leistung, und die Nacheinspritzung hilft, Rußbildung im Abgas zu verringern. Das Ergebnis sind niedrigerer Verbrauch, sauberere Abgase sowie ein leiserer und leistungsfähigerer Motor. Heute nutzt nahezu jeder moderne Diesel-Pkw und -Lkw eine Common-Rail-Variante, hergestellt unter anderem von Bosch, Denso, Delphi und Continental.