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Pompverstuiver
Pumpe-Düse (mittig) im Zylinderkopf montiert.
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Elektromagnetisch gesteuerter Pumpeninjektor
Pumpeninjektor piezoelektrisch gesteuert

Es Pumpe-Düse-Einspritzsystem ist ein Kraftstoffeinspritzung System verwendet auf Verbrennungsmotoren.

Geschichte

Das Pumpe-Düse-System wurde von der system GM Diesel Division, die seit 2010 unter dem Namen Detroit Diesel Corporation (DDC) im Daimler AGDas damals Unit Injector System (UIS) genannte System wurde Ende der 1930er Jahre entwickelt und in relativ langsam laufenden Dieselmotoren die in Schiffen, Lokomotiven und Lastkraftwagen verwendet wurden.
Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Einspritzsystemen bestand darin, dass jedes Zerstäuber separat, integriert mit einer eigenen Hochdruckpumpe, während die konventionellen Systeme mit einer Hochdruckpumpe arbeiten, die über Leitungen mehrere Düsen antreibt.
Wann von 1990 das EmissionMit steigenden Anforderungen stellt sich heraus, dass konventionelle Einspritzsysteme diese neuen Standards nie erreichen können. Um die Standards zu erreichen, muss die Verbrennung im Motor deutlich effizienter werden. Dies ist nur durch eine drastische Erhöhung des Einspritzdrucks bis 2050 . möglich Bar, ein Wert, der mit den bis dahin eingesetzten Systemen nie erreicht werden konnte.

Volkswagen AG sieht die Lösung in dieser Technik und Bosch modernisiert dieses System und in 1998 es wird zuerst im angewendet Volkswagen Passat B5 mit 1,9 Turbo Dieselmotor von 85 kW.Der Wettbewerb entwickelt es gleichzeitig Common-Rail-EinspritzsystemAnfänglich kann dieses System einen niedrigeren Einspritzdruck erreichen, aber im weiteren Verlauf ist ein gleicher Druck erreichbar. Da dieses System günstiger ist und die Motoren leiser, also komfortabler laufen, schaltet Volkswagen auch ein 2008 auf Common Rail umgestellt und Pumpe-Düse-Einheiten scheinen rückblickend eine Übergangsphase zu sein.

Operation[1]

Der Einspritzzyklus erfolgt in zwei Phasen. Dies führt zu einem gleichmäßigeren Verbrennungsverlauf.

1. Phase

Bei diesem Einspritzsystem sind Pumpe und Injektor wie erwähnt eine Einheit. Pro Zylinder gibt es eine Pumpe-Düse-Einheit, die mechanisch mit einem Kipphebel und durch ein Magnetventil(Magnetventil) die von der Elektronik gesteuert wird. Das Magnetventil ist geöffnet, wenn das Magnetventil nicht erregt ist. Kraftstoff strömt dann entlang des Zufuhrkanals in den Hochdruckraum. Schließen Sie das Ventil und der Einspritznocken setzt den Rollenkipphebel in Bewegung, dann drückt die Schubstange den Pumpenkolben nach unten. Der Druck steigt in der Hochdruckkammer auf ca. 180 Bar. Dadurch erhöht sich auch der Druck in der Druckkammer des Zerstäubers. Die Einspritznadel bewegt sich nach oben und es wird erstmals Kraftstoff eingespritzt. Es wird Voreinspritzung genannt. Bewegt sich der Pumpenkolben weiter nach unten, bewegt sich auch der Umlenkkolben durch den Druck nach unten. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Hochdruckkammer, der Druck darin sinkt und die Verneblernadel schließt. Voreinspritzung stoppt.

2. Phase

Der Pumpenkolben senkt sich weiter ab und der Druck steigt wieder soweit an, dass die Verneblernadel ein zweites Mal angehoben wird. Dann erfolgt die Haupteinspritzung. Der Druck kann bis 2050 ansteigen, indem der Pumpenkolben noch weiter nach unten bewegt wird Bar bei maximaler Motorleistung. Die Haupteinspritzung endet beim Öffnen des Magnetventils durch Abschalten des Magneten. Die Druckerhöhungspumpe fördert der Pumpe-Düse-Einheit bewusst mehr Kraftstoff, als eingespritzt wird. Der überschüssige Kraftstoff fließt zusammen mit dem ausgetretenen Kraftstoff durch die Rücklaufkanäle und einen Kraftstoffkühler zurück zum Tank. Auf diese Weise wird der Zerstäuber gekühlt, der sich sonst durch den hohen Einspritzdruck zu stark aufheizen würde. Der Kraftstoff bekommt auch keine Chance, sich übermäßig zu erhitzen.

Entscheidend für einen möglichst effizienten Ablauf der Verbrennung ist die Geschwindigkeit, mit der die verschiedenen Phasen aufeinander folgen und somit unterbrochen oder gestartet werden können. Es gibt eine sehr begrenzte Zeit, um bei hohen Drehzahlen Druck aufzubauen, und die Regel ist; hoher Einspritzdruck = effizient (sprich: sauber) Verbrennung. Durch Piezo-Technik anstelle von Magnetventilen kann das Öffnen und Schließen der Pumpenkammern 3-mal schneller erreicht werden als mit Magnetventilen und in späteren Systemen werden diese ersetzt durch piezoelektrische Aktoren damit ein höherer Einspritzdruck möglich ist.

Beispielsweise:

  • Ein VW Passat 1.9 TDI aus dem Jahr 1998 mit elektromagnetischen Pumpe-Düse-Einheiten mit einem maximalen Einspritzdruck von 2050 Bar leistet 85 kW/114 PS. Das ist eine spezifische Leistung von 45 kW/60 PS pro Liter Hubraum.
  • Ein VW Passat 2.0 TDI aus dem Jahr 2005 ausgestattet mit Piezo-Pump-Injektoren mit einem maximalen Einspritzdruck von 2200 Bar (125 kW/170 PS. Das entspricht einer spezifischen Leistung von 63 kW/85 PS pro Liter Hubraum.

Leistungen

  • Saubere Verbrennung. Durch den extrem hohen Druck zerstäubt der Kraftstoff in winzige Tröpfchen, die zu einer vollständigen Verbrennung führen, was die Rußentwicklung begrenzt.
  • Da die Pumpe-Düse-Einheit mechanisch von einer Nocke des Nockenwelle angetrieben, verbraucht die Pumpe-Düse-Einheit nur beim Drücken Energie und muss daher Druck liefern.
  • Im Vergleich zum Common-Rail-System besteht es aus weniger Komponenten (keine Hochdruckpumpe & Rail)
  • zuverlässig. (Falls eine Pumpe-Düse-Einheit ausfällt, führt dies nicht zum Totalausfall des Motors)
  • Pumpe-Düse-Motoren sind effizient und bieten eine sehr hohe Leistung bei mittleren Geschwindigkeiten Paar.

Nachteile

  • Relativ teuer, da pro Zylinder eine Hochdruckpumpe verwendet wird.
  • Da die Pumpe-Düse-Einheit mechanisch von einem Nocken auf der Nockenwelle angetrieben wird, ist das Einspritzmoment auf einen relativ kleinen Bereich „um“ oberer Totpunkt (OT) des Kolbens begrenzt.
  • geringer "Laufkultur". Da Einspritzzeitpunkt, Einspritzdruck und Einspritzmenge des Kraftstoffs begrenzt sind (aus dem oben Gesagten), läuft ein mit diesem System ausgestatteter Motor weniger ruhig als ein Motor mit Common-Rail-Einspritzung.
  • Da der Druck in der Pumpe-Düse-Einheit schnell aufgebaut werden muss, ist der Nocken, der den Antrieb liefert, sehr scharf geformt. Der damit verbundene hohe Widerstand bewirkt eine große und stark pulsierende dynamische Belastung des Zahnriemen.

Fortsetzen

Wie oben beschrieben, ist die Entwicklung von Common-Rail-Systemen zwischenzeitlich nicht stehen geblieben und diese Systeme können den gleichen hohen Druck bei ruhigerem Motorlauf erreichen, hinzu kommen die höheren Kosten für Pumpe-Düse-Einspritzdüsen (±100 Euro für vergleichbare Motoren) .[2]) und es versteht sich von selbst, dass Common Rail künftig bei allen modernen Dieselmotoren zum Einsatz kommen wird.

Quellen

Literatur

  • (das) Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X
  • (das) Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 27.Auflage, Verlag *Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
  • (das) Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnics Taschenbuch. 25. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3-528-23876-3
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