Diesel-Einspritzpumpen

Entstehung und Anwendung.

Die Entwicklung der Einspritzpumpen für Dieselmotoren ist eine bemerkenswerte Geschichte des technischen Fortschritts, die Ende des 19. Jahrhunderts begann. Der deutsche Ingenieur Rudolf Diesel erfand 1893 den Dieselmotor mit dem Ziel, eine effizientere Lösung als die damals vorherrschenden Dampf- und Verbrennungsmotoren zu schaffen. In den frühen Jahren wurden sehr einfache Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, die aufgrund ihrer geringen Präzision nur eine begrenzte Effizienz und Zuverlässigkeit boten.

In den 1920er und 1930er Jahren führten die Einführung mechanischer Einspritzpumpen, die direkt vom Motor angetrieben wurden, zu bedeutenden Fortschritten. Diese Pumpen, wie etwa das von Bosch entwickelte Modell, wurden in Fahrzeugen und Landmaschinen eingesetzt und ermöglichten eine effizientere Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern.

Der nächste große Fortschritt war die Einführung von Verteilereinspritzpumpen in den 1950er Jahren, die eine präzisere Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ermöglichten und damit die Motorleistung sowie die Wirtschaftlichkeit verbesserten. Die weit verbreiteten VE-Pumpen sind ein bekanntes Beispiel dafür. In den 1960er Jahren kamen die Sektionspumpen auf, die für jeden Zylinder eine eigene Sektion hatten und somit eine genauere Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglichten.

In den 1980er und 1990er Jahren revolutionierte die Einführung der elektronischen Steuerung die Kraftstoffeinspritztechnik. Elektronische Steuergeräte (ECUs) begannen, den Betrieb der Einspritzpumpen zu steuern und ermöglichten eine noch präzisere Kontrolle des Verbrennungsprozesses. Das EDC-System (Electronic Diesel Control) von Bosch ist ein Beispiel für diese Innovation.

Ein entscheidender Durchbruch in der Dieseleinspritztechnik war die Einführung des Common-Rail-Systems in den späten 1990er Jahren. Bei diesem System sind die Druckerzeugung und der Einspritzvorgang getrennt, was sehr hohe Einspritzdrücke und eine präzise Steuerung der Kraftstoffdosierung ermöglicht. Der Kraftstoff wird in einem gemeinsamen Rail mit hohem Druck gespeichert und zu den Einspritzdüsen geleitet, was zu einer effizienteren Verbrennung und geringeren Abgasemissionen führt.

Heutige Einspritzsysteme zeichnen sich durch hohe Präzision, Einspritzdrücke von bis zu 2.000 bar und moderne elektronische Steuerungen aus.

Die Entwicklung von primitiven, mechanischen Systemen hin zu hochmodernen, elektronisch gesteuerten Common-Rail-Systemen hat die Effizienz, Zuverlässigkeit und Umweltfreundlichkeit von Dieselmotoren erheblich verbessert.

Aufbau und Funktionsweise.

Inline-Einspritzpumpe (sektional).

• Gehäuse und Kolbenabschnitte: Das Gehäuse enthält Kolbenabschnitte, die der Anzahl der Motorzylinder entsprechen. Jeder Abschnitt besteht aus einem Kolben, der sich in einem Zylinder bewegt und den Kraftstoff unter der Bewegung der Nockenrolle verdichtet.
• Nockenwelle: Sie ist das zentrale Element, das die Kolben antreibt und somit die Kraftstoffverdichtung ermöglicht.
• Drehzahlregler: Dieser steuert mechanisch oder elektronisch die Motordrehzahl, indem er die Kraftstoffmenge reguliert, die den Zylindern zugeführt wird.
• Einspritzventile und Leitungen: Am Ausgang jedes Abschnitts befinden sich Einspritzventile, die sich unter Druck öffnen und den Kraftstoff in die Einspritzdüsen leiten.
• Einstellmechanismus: Ermöglicht die genaue Einstellung des Einspritzzeitpunkts, um den optimalen Motorbetrieb zu gewährleisten.

Verteilereinspritzpumpen (VE/VP).

• Antriebswelle und Förderelemente: Die Antriebswelle treibt die beweglichen Teile der Pumpe an, wodurch die Förderelemente in Bewegung gesetzt und mit dem Motor synchronisiert werden.
• Verteiler: Verantwortlich für die Verteilung des komprimierten Kraftstoffs an die einzelnen Zylinder.
• Flügelzellenpumpe: Diese saugt Kraftstoff an und komprimiert ihn vor, bevor er zu den Förderelementen gelangt.
• Steuerventil: Regelt die Kraftstoffmenge, die je nach Motoranforderung zugeführt wird.
• Elektronische Steuerung: Neuere Pumpen verfügen über eine elektronische Regelung, die eine präzise Einstellung der Einspritzparameter ermöglicht.

Einheitliche/Einzelne Pumpen (PLD/UPS/EUP)

Die Einspritzpumpe ist ein fortschrittliches Kraftstoffeinspritzsystem, das hauptsächlich in großen und leistungsstarken Dieselmotoren eingesetzt wird. Diese Lösung wird in Nutzfahrzeugen wie Lkw, Land- und Baumaschinen eingesetzt. Jeder Motorzylinder hat seine eigene separate Einspritzpumpe, was eine sehr präzise Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ermöglicht.

• Pumpengehäuse und Kolben: Aus robusten Materialien gefertigt, enthält das Gehäuse Kolben, die von einer Nockenwelle angetrieben werden, um den Kraftstoff präzise zu verdichten.
• Elektroventil: Vom Motorsteuergerät gesteuert, kontrolliert es den Kraftstofffluss zu den Einspritzdüsen.
• Einspritzdüsen: Diese spritzen den Kraftstoff mit hohem Druck direkt in den Brennraum, was zu einer besseren Zerstäubung und effizienteren Verbrennung führt. 

Hochdruckpumpen (Common Rail).

• Gehäuse und Antriebswelle: Das robuste Gehäuse beherbergt die Antriebswelle, die über Nocken und Stößel die Kolbenelemente antreibt, welche den Kraftstoff auf hohen Druck verdichten.
• Einlass- und Auslassventile: Diese steuern den Kraftstofffluss in die und aus den Zylindern, wodurch der Kraftstoff verdichtet und in das Common Rail gepumpt wird.
• Elektroventil: Kontrolliert den Kraftstoffdruck im Common-Rail-System, gesteuert durch das Motorsteuergerät.

Regenerationsprozess.

Bosch-Pumpen der Typen VP29/30 und VP44.

Der Regenerationsprozess beginnt mit dem Auslesen des Speicherinhalts der Pumpensteuerung und der Überprüfung der gespeicherten Fehler. Anschließend werden die Pumpen zerlegt und mechanische Teile überprüft. Bei der Überholung werden alle wichtigen Komponenten ausgetauscht oder repariert, einschließlich der elektronischen Steuereinheit, des Hall-Sensors, der Vorpumpe, des Einspritzwinkelverstellers, der Hochdruckkolben und anderer wichtiger Teile. Nach der Montage neuer Teile wird die Pumpe auf einem Bosch-Prüfstand EPS 815 getestet und kalibriert.

Bosch (PLD/UPS) und Delphi (EUP) Pumpen

Die Überholung dieser Pumpentypen umfasst den Austausch von Dichtungen und die Inspektion sowie Reinigung der mechanischen Komponenten. Falls erforderlich, werden auch Steuermagnetventile und andere druckkritische Teile ersetzt. Die abschließende Prüfung erfolgt auf einem Bosch-Prüfstand EPS 815.

Common-Rail-Hochdruckpumpen

Der Prozess beginnt mit einem Pumpentest. Danach werden Dichtungen und alle beschädigten oder verschlissenen Teile wie Vorpumpen, Magnetventile, Antriebswellen und Kolben ausgetauscht. Die Überholung wird mit einem Test abgeschlossen, bei dem Druck und Kraftstoffdurchfluss gemessen werden.

Ursachen und Arten von Schäden.

Symptome einer defekten Einspritzpumpe:

1. Schwierigkeiten beim Anlassen des Motors.
2. Ungleichmäßiger Leerlauf.
3. Verminderte Motorleistung, besonders beim Beschleunigen
4. Erhöhter Kraftstoffverbrauch.
5. Übermäßiger Rauch aus der Auspuffanlage. 
6. Aufleuchtende „Motor überprüfen“-Anzeige 

Häufige Ausfälle von Einspritzpumpen:

1. Verschleiß an den Kolben und inneren Zylindern.
2. Beschädigung von Dichtungen und Dichtungsringen.
3. Ausfall des Steuermagnetventils
4. Mechanische Probleme wie defekte Antriebswellen, Nocken, Stößelstangen oder Kolben
5. Schäden an elektronischen Steuergeräten (ECUs)
6. Verunreinigter Kraftstoff, der zum Festfressen oder Blockieren der beweglichen Teile führt
7. Probleme mit der Kraftstoffversorgung, wie verstopfte Filter oder schlechte Kraftstoffqualität, die innere Schäden verursachen können.