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Pumpe-Düse Einspritzanlage

Glossar

Bezug zum Kraftfahrzeug

Diesel
Maschine, Motor
Einspritzanlage, Hochdruckelement

 

Allgemeine Beschreibung

Bereits in den 1930'er Jahren von GM Diesel Division entwickelt, wurde dieses System zunächst in Großmotoren mit niedrigen Drehzahlen eingesetzt. Entscheidendes Merkmal der Pumpe-Düse-Einspritzanlage ist, dass jeder Zylinder eine eigene Einspritzpumpe besitzt. Als einziger Automobilhersteller hat VW Ende der 1990'er Jahre begonnen, dieses System in Pkws zu verbauen. In Zusammenarbeit mit BOSCH wurde es entsprechend adaptiert und weiterentwickelt.

 

Notwendig wurde eine Weiterentwicklung des Einspritzsystems für Fahrzeuge mit Dieselmotor, da die Abgasvorschriften mit den gängigen Systemen nicht mehr einzuhalten waren. Auch andere Hersteller begannen in dieser Zeit mit der Entwicklung neuer Systeme, um weiterhin Fahrzeuge mit Dieselmotor anbieten zu können. Allen voran steht das Unternehmen MAGNETI MARELLI , das für FIAT die Common-Rail-Einspritzanlage entwickelte.

 

Die EURO5-Abgasnorm war das Aus für die Pumpe-Düse-Einspritzanlage, da die Regelungseingriffe nicht mehr ausreichend waren, so dass auch VW ab 2008 auf das mittlerweile und vielen Herstellern genutzte Common-Rail-System zurückgriff. Trotz des Ausscheidens der Pumpe-Düse-Einspritzanlage aus der Automobilwelt, hatte sie diverse Vorteile, die allerdings auch diversen Nachteilen gegenüber standen:

  • Vorteile

    • Geringerer Energiebedarf
    • Mehrere Einzelkomponenten
    • Hoher Betriebsdruck
    • Guter Wirkungsgrad
    • Hohes Drehmoment
    • Verwendung mit verschiedenen Kraftstoffen
    • Im Falle eines Defektes kein permanentes Einfließen von Kraftstoff in den Brennraum
  • Nachteile

    • Nur bestimmter Arbeitsbereich
    • Hoher Bauaufwand
    • Steuerung nur in einem bestimmten Zeit- und Mengenfenster
    • Regelung der Abgastemperatur nicht schnell genug
    • Hohe Wechselbelastungen benötigen Antrieb mit Zahnriemen oder Stirnrad

 

Die Massenproduktion und technische Weiterentwicklung, sowie die Erfüllung strengerer Abgasnormen haben das Common-Rail-System immer interessanter für die Automobilindustrie gemacht. Vergleichsweise liegen die Prouktionskosten für zwei vergleichbare Motoren mit dem einen und anderen System bei dem Pumpe-Düse-System höher.

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Funktionsbeschreibung

Im Gegensatz zu Common-Rail-Einspritzanlagen, die permanent den Betriebsdruck zur Verfügung stellen, wird bei Pumpe-Düse-Einspritzanlagen der Betriebsdruck für jeden einzelnen Zylinder nur in einem bestimmten Bereich der Nockenwellenumdrehung aufgebaut. Diese Anlagen arbeiten mechanisch, wobei die Einspritzdüse mit der Hochdruckpumpe ein kombiniertes Bauteil darstellt. Die Pumpe wird über einen separaten Nocken der Nockenwelle aufgebaut. Über das Motorsteuergerät wird der Teil der Einspritzdüse angesteuert. Hier liegt allerdings das Problem, dass nur Kraftstoff eingespritzt werden kann, solange der Nocken sich im Wirkungsbereich befindet. Ein verfrühtes oder verspätetes Einspritzen für Vor- und Nacheinspritzung ist daher nur in begrenztem Maße möglich, wodurch der Motorlauf in einen unkultivierten Bereich kommen kann.

 

Für den Spritzbeginn ist ein schlagartiger Druckaufbau notwendig. Nur so steht genügend Druck zur Verfügung und der Spritzbeginn kann zeitlich optimal gesetzt werden. Da der Druckaufbau letztlich durch die Nockenwelle vollzogen wird, müssen Nocken und Nockenwelle entsprechend dimensioniert und gefertigt sein. Die starke Wechselbelastung der Nockenwelle macht daher auch einen speziellen Antrieb dieser notwendig. Kettenantriebe sind hier nicht geeignet, da Steuerketten eine hohe Zugfestigkeit aber geringe Dämpfwirkung haben. In Fragen kommen daher nur Zahnriemen mit entsprechender Breite oder ein Stirnradantrieb, der allerdings wieder mit einer höheren Geräuschemission negativ auffällt.

 

Positiv bei diesem System ist allerdings, dass bei Ausfall eines Pumpe-Düse-Elements der Motor sogar lauffähig bleiben kann, da die übrigen Zylinder weiterhin mit Kraftstoff versorgt werden. Geschichtlich gesehen kam dem Pumpe-Düse-System zuerst die Möglichkeit zu Gute, Drucke von über 2000bar aufbauen zu können, wodurch eine sehr feine Zerstäubung des Kraftstoffs möglich ist. Je feiner die Zerstäubung ist, desto weniger Ruß bildet sich bei der Verbrennung, da das Verhältnis von Volumen zu der Tröpfchenoberfläche immer kleiner wird. Das heisst, dass gleichzeitig mehr Sauerstoffmoleküle mit dem Kraftstoff reagieren können und eine schnellere Verbrennung möglich ist. Auch in dem anderen Fall, dass die Einspritzdüse beispielsweise klemmt und sich nicht mehr schließt, hat dieses System Vorteile. Dadurch dass über den Nocken immer nur temporär Druck aufgebaut werden kann, kann der Kraftstoff nicht permanent in den Brennraum einfließen.

 

Insgesamt ist dieses System relativ träge und grobstrukturiert. Das heisst, dass von der Seite der Elektronik keine Möglichkeit besteht maßgeblich in das System einzugreifen. Äußerst kleine Abstufungen bezüglich Einspritzzeitpunkt und -menge sind nicht möglich. Auch kann die Abgastemperatur aufgrund der baulichen Begebenheiten nicht schnell genug korrigiert werden, wodurch eine Verwendung innerhalb der EURO5-Abgasnorm und höher ausfällt.

 
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