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Pumpe- Düse- System

Sun Jan 31 00:01:30 CET 2021 | HORa68 | Kommentare (3)

PDE

Das gute, alte, robuste Pumpe- Düse Eispritzsystem, rein sachlich, rein technisch für Interressierte.

Was ist eine Pumpe-Düse-Einheit?

Eine Pumpe-Düse-Einheit kurz PDE ist, eine Einspritzpumpe mit Steuereinheit und Einspritzdüse zu einem Bauteil zusammengefasst. Sie wird entkoppelt, von der Nockenwelle angetrieben. Die Nockenwelle hat zum Antrieb der PDE vier zusätzliche Nocken. Sie betätigen über Rollenkipphebel mit speziellem Übersetzungsverhältnis die Pumpenkolben der PDE. Der Einspritznocken hat eine steile auflaufende Flanke und eine flache ablaufende Flanke. Dadurch wird der Pumpenkolben mit einer hohen Geschwindigkeit nach unten gedrückt und somit sehr schnell ein hoher Einspritzdruck erreicht. Danach bewegt sich der Pumpenkolben langsam und gleichmäßig nach oben und der Kraftstoff kann blasenfrei in den Hochdruckraum der PDE nachfließen.

Befüllung

Beim Füllvorgang bewegt sich der Pumpenkolben durch die Kraft der Kolbenfeder nach oben und vergrößert dadurch das Volumen des Hochdruckraumes. Das Ventil für PD ist nicht angesteuert. Die Magnetventilnadel befindet sich in Ruhelage und gibt den Weg von Kraftstoffvorlauf zum Hochdruckraum frei. Durch den Kraftstoffdruck im Vorlauf strömt der Kraftstoff in den Hochdruckraum.

Voreinspritzung

Der Pumpenkolben wird vom Einspritznocken über den Rollenkipphebel nach unten gedrückt und verdrängt dadurch den Kraftstoff aus dem Hochdruckraum in den Kraftstoff-Vorlauf. Der Einspritzvorgang wird vom Motorsteuergerät eingeleitet. Dazu steuert es das Ventil für PD an. Die Magnetventilnadel wird dabei in den Sitz gedrückt und verschließt den Weg vom Hochdruckraum zum Kraftstoff-Vorlauf. Dadurch beginnt der Druckaufbau im Hochdruckraum. Bei 180 bar ist der Druck größer als die Kraft der Düsenfeder. Die Düsennadel wird angehoben und die Voreinspritzung beginnt. Bei der Voreinspritzung wird der Hub der Düsennadel durch ein hydraulisches Polster gedämpft. Dadurch ist es möglich, die Einspritzmenge genau zu dosieren.

Voreinspritzung Ende

Unmittelbar nach dem öffnen der Düsennadel endet die Voreinspritzung. Durch den ansteigenden Druck bewegt sich der Ausweichkolben nach unten und vergrößert damit das Volumen des Hochdruckraumes. Der Druck fällt dadurch für einen kurzen Augenblick ab und die Düsennadel schließt. Die Voreinspritzung ist zu Ende. Durch die Abwärtsbewegung des Ausweichkolbens ist die Düsenfeder stärker vorgespannt. Zum erneuten öffnen der Düsennadel bei der nachfolgenden Haupteinspritzung ist daher ein größerer Kraftstoffdruck nötig als bei der Voreinspritzung.

Haupteinspitzung

Kurz nach dem Schließen der Düsennadel steigt der Druck im Hochdruckraum wieder an. Das Venfil für PD ist dabei weiterhin geschlossen und der Pumpenkolben bewegt sich abwärts. Bei ca. 300 bar ist der Kraftstoffdruck größer als die Kraft der vorgespannten Düsenfeder. Die Düsennadel wird erneut angehoben und die Haupteinspritzmenge eingespritzt. Der Druck steigt dabei auf bis zu 2050 bar an, weil im Hochdruckraum mehr Kraftstoff verdrängt wird als durch die Düsenlöcher entweichen kann. Bei der maximalen Leistung des Motors, also bei hoher Motordrehzahl und gleichzeitig großer Einspritzmenge, ist der Druck am größten. Das Einspritzende wird eingeleitet, wenn das Motorsteuergerät das Ventil für PD nicht mehr ansteuert. Dabei wird die Magnetventilnadel durch die Magnetventilfeder geöffnet und der vom

Pumpenkolben verdrängte Kraftstoff kann in den Kraftstoff-Vorlauf entweichen. Der Druck baut

sich ab. Die Düsennadel schließt und der Ausweichkolben wird von der Düsenfeder in seine Ausgangslage gedrückt. Die Haupteinspritzung ist beendet.

Aufgaben des Rücklauf

Kühlung der PDE. Dazu wird Kraftstoff vom Kraftstoff-Vorlauf durch die Kanäle der PDE in den

Kraftstoff-Rücklauf gespült. Abführung des Leck-Kraftstoffes am Pumpenkolben. Abscheiden von Dampfblasen aus dem Kraftstoff-Vorlauf über die Drosseln in den Kraftstoff-Rücklauf.

Die Überwachung

Das MSG überwacht den StromverIauf des Ventils für PD. Aus dieser Information erhält es, zur Regelung des Förderbeginns, eine Rückmeldung über den tatsächlichen Förderbeginn und es kann Funktionsstörungen des Ventils feststellen. Der Einspritzvorgang wird mit der Ansteuerung des Ventils für PD eingeleitet. Dabei wird ein Magnetfeld aufgebaut, die Stromstärke steigt an und das Ventil schließt. Beim Aufschlagen der Magnetventilnadel auf den Sitz gibt es einen auffälligen Knick im Stromverlauf. Dieser Knick wird als BIP bezeichnet (Abkürzung für Begining of Injection Period; engl. = Einspritzbeginn).

Der BIP signalisiert dem Motorsteuergerät das vollständige Schließen des Ventils für PD und somit den Zeitpunkt des Förderbeginns.

Wenn das Ventil geschlossen ist, fällt die Stromstärke auf einen konstanten Haltestrom ab. Ist die gewünschte Förderdauer erreicht, wird die Ansteuerung beendet und das Ventil öffnet. Der tatsächliche Schließzeitpunkt des Ventils für PD bzw. BIP wird vom Motorsteuergerät erfaßt, um den Ansteuerzeitpunkt des Ventils für die nächste Einspritzung zu berechnen. Weicht der Ist-Förderbeginn von dem im Motorsteuergerät abgelegten Sollwert ab, wird der Ansteuerbeginn des Ventils korrigiert. Um Funktionsstörungen des Ventils feststellen zu können, wird der Bereich abgetastet und ausgewertet in dem das Motorsteuergerät den BIP erwartet. Dieser Bereich kennzeichnet die Regelgrenze des Förderbeginns.

Bei einer fehlerfreien Funktion erscheint der BIP innerhalb der Regelgrenze. Bei einer Funktionsstörung erscheint der BIP außerhalb der Regelgrenze. Fehlermeldung Regelgrenze überschritten wird im Fehlerspeicher eingetragen. In diesem Fall wird der Förderbeginn nach festen Werten aus dem Kennfeld gesteuert; eine Regelung ist nicht möglich.

Befindet sich Luft in der PDE, hat die Magnetventilnadel einen geringen Widerstand beim Schließen. Das Ventil schließt schneller und der BIP erscheint zu einem früheren Zeitpunkt als erwartet. Fehlereintrag Regelgrenze unterschritten wird eingetragen.

Eine genaue Diagnose der PDE's mit Diagnosetester ist nicht möglich. Man kann nur Rückschlüsse ziehen in Verbindung mit allen anderen Systemen incl. dem mechanischen Antrieb.

Eine genaue Diagnose geht nur auf dem Prüfstand.

https://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/diesel/pumpeduese.htm

Die häufigsten, bekannte Fehler

1. Auf Laufzeit kommt es zu Verkokungen und Ablagerungen um die Düsenbohrung. (sehr häufig)

Es bildet sich ein kraterähnlicher Rand. Dieser breitet sich immer weiter Richtung Düsenbohrung aus. Dadurch wird der feine Kraftstoffnebel aufgehalten und tropft ab. (Düse pnkelt)

Das Strahlbild ist meist auf dem Kolbenboden zu sehen! Gefahr von thermischen Schäden am Kolben kann die Auswirkung sein. Saubere Düsen vernebeln den Kraftstoff ohne ein sichtbares Strahlbild.

Es gibt erfolgreiche Ultraschallreinigungen mit passender Reinigungflüssigkeit die das komplett beheben.

2. Der Nocken für den Antrieb der PDE nutzt sich ab. (häufig)

Die Pumpe arbeitet nicht mehr bis zum maximalen Hub. Dadurch verringert sich der Druck in der Düse und die Einspritzmenge verringert sich bei gleicher Einspritzzeit. Nockenwelle ersetzen. Kipphebelachse prüfen, gegebenen Falls ersetzen(oft ist die Ölversorgung durch auswandernde Blindstopfen an der Kipphebelachse die Ursache).

3. Die Druckstücke und Kugelschrauben verschleißen. (häufig)

Dadurch wird ebenfalls der Hub der Pumpe begrenzt und der maximale Druck wird nicht erreicht.

(Konstruktionsbedingt) Wird begünstigt durch falsche Motoröle und überschreiten der Intervalle.

4. Die Schrauben der Spannklötze ermüden und die erforderliche Spannkraft läßt nach. (weniger häufig)

Die Abdichtung zum Zylinder ist nicht mehr gegeben und Kompression drückt durch, der O-Ring zum Vorlauf kann dem Druck nicht standhalten und der Vorlauf bekommt Luft. Ruß im Düsensitz und am Kupferdichtring sowie Luft im Rücklauf sind die Folgen. Mit Klarsichtleitung im Rücklauf sichtbar zu machen.

5. PD- Dichtungen ermüden. (weniger häufig)

Kraftstoffeintrag im Öl sind die Folge. Ölstanderhöhung, Ölverdünnung und ebenso Öleintrag im Kraftstoffrücklauf. Kraftstofffilter kontrollieren. Dichtungen ern. Düsen Ultraschallreinigung siehe 1.

6. Sitz der PDE arbeitet sich seitlich aus. (sehr häufig)

Durch die extremen Kräfte die auf die PDE wirken, kommt es zu Relativbewegungen, welche durch die die einseitige Befestigung dazu führt, dass sich der Sitz ausarbeitet. Dadurch kommt es auf Laufzeit dazu, das sich die schon ermüdeten Dichtringe aufreiben und die Abdichtung des Kraftstoffsystems im Zylinderkopf nicht mehr gewährleistet ist. Siehe Punkt 5. eventuellenen Grat entfernen und die Düsenschächte mit Reinigungswerkzeug reinigen. Der Sitz der Dichtringe im Schacht wird dabei selbst nicht beschädigt. Mit neuen Dichtungen wird das Problem behoben. Es gibt PD-Brücken die dieses Problem unterbinden können.

7. Verschleiß des Düsenstocks. (sehr selten)

Es kommt auch zu einem geringen Verschleiß im Inneren der Düse. Sowohl Nadel, Nadelsitz, Ventil und Vedern, als auch Düsenlöcher unterliegen einem gewissen Verschleiß. Dieser ist aber so kalkuliert das er sich im Rahmen hält und trotzdem ein ordentliches Spritzbild bei gereinigten Düsen erziehlt wird.

8. mechanischer Schaden am Pumpenteil (sehr selten)

Es kommt auch hin und wieder zur Zerstörung des oberen Teil der PDE. Meist sind diese Schäden bedingt durch andere Schäden oder mechanische Einwirkung von außen. Dabei bleibt nur der Ersatz der PDE.

Bei der Motordiagnose sollte man sich erst einmal den Motorlauf kalt und warm ansehen. Wann tritt das Problem auf? Für die Diagnose kann man die MWB 13 u. 14 benutzen um zu sehen welcher Zylinder schwächer ist. Bei enem starken Zylinder wird weniger Kraftstoff benötigt und er wird abgemagert (-Wert). Ein schwacher Zylinder braucht zum Rundlauf mehr Kraftstoff und wird angefettet (+Wert). Dadurch hat man schon einmal eine Richtung von welchem Zylinder es kommen kann. Dabei findet man die Fehlerursachen oft nicht nur in der Einspritzung. Ein häufiges Problem (besonders bei R5 Motoren) welches zu einem schlechten Rundlauf führt sind abgelaufene Ventilnocken der Nockenwelle und defekte Hydrostößel. Wobei meist die Hydrostößel verursachend sind. Durch das Leerspiel klatscht die NW hart auf und die Oberflächenhartung wird beschädigt. Dann reibt sich diese ab und der restliche Nocken auch.

Ich hoffe ich konnte euch einen Überblick und ein paar Tips näher bringen.

Und wenn Ihr schon bis hier gelesen habt, dann ist ein DANKE ganz leicht.

MfG

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