Einspritzpumpe

Reiheneinspritzpumpe für einen Zwölfzylinder-Dieselmotor

Bei einer Reiheneinspritzpumpe werden die einzelnen, den jeweiligen Zylindern zugeordneten Pumpenelemente in einem Gehäuse zusammengefasst oder sind als modulare Einzelpumpen nebeneinander auf einer Antriebswelle angeordnet. Die Reiheneinspritzpumpe hat Regelungen für die Drehzahl, die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt (Spritzversteller). Die einzelnen Pumpenelemente sind als Hubkolbenpumpen gebaut und in Bohrung und Hub (bauart- und betriebsbedingt) nicht änderbar. Um eine variable Dosierung zu erreichen, sind die Kolben um ihre Symmetrieachse drehbar ausgeführt. Sie können über eine Zahnstange im laufenden Betrieb simultan gedreht werden. Der Zylindermantel des Pumpenkolbens ist mit ein oder zwei schraubenlininenförmigen Einfräsungen versehen, die – je nach Drehungstellung des Kolbens früher bzw. später – die Zulaufbohrung in der Pumpenzylinderwand überfährt und verschließt. Der Verschluss der Zulaufbohrung ist der Förderbeginn des Pumpenelements. Überfährt die untere Steuerkante die Zulaufbohrung, ist die Einspritzung beendet. Eine Abwandlung der Reiheneinspritzpumpe ist die Radialkolbenpumpe. Die Reiheneinspritzpumpe benötigt externe Schmierung, entweder durch Anbindung an den Motorölkreislauf oder einen eigenen Ölsumpf. Reiheneinspritzpumpen gelten durch die Trennung von Schmierung und gefördertem Treibstoff gegenüber Verteilereinspritzpumpen als robuster in Bezug auf Verschleiß, aber auch bezüglich verwendeter Treibstoffe mit schlechteren Schmiereigenschaften wie Kerosin oder Benzin in Vielstoffmotoren. Dieseleinspritzsysteme mit Reiheneinspritzpumpen sind in modernen Dieselmotoren weitgehend durch Common-Rail-, Pumpe-Leitung-Düse- oder Pumpe-Düse-Systeme abgelöst worden.

Über Seilzug gestellter Mengensteller einer Axialkolben-Verteilereinspritzpumpe mit Rohrleitungen zu den Injektoren

Verteiler-Einspritzpumpe mit elektromagnetischem Mengensteller

Die Verteilereinspritzpumpe wird über eine Welle vom Motor angetrieben und mit ihr auch die im Pumpengehäuse verbaute Vorförderpumpe, meist eine Flügelzellenpumpe. Diese saugt den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank an und fördert ihn in den Pumpeninnenraum. Der Kraftstoffdruck im Inneren der Einspritzpumpe wird von einem Druckregelventil reguliert. Danach folgt der Hochdruckteil der Pumpe, der den Einspritzdruck erzeugt.

Hierbei existiert nur ein Pumpenelement, das durch einen nachgeschalteten Verteiler die einzelnen Zylinder versorgt. Die Zahl der Hübe des Pumpenelementes errechnet sich aus der halben Motordrehzahl, multipliziert mit der Zylinderzahl (bei einem Viertaktmotor). Auch hierbei werden die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt geregelt, Regelgrößen sind Last und Drehzahl. Eine Verteilereinspritzpumpe ist gegenüber der Reiheneinspritzpumpe wesentlich preiswerter in der Fertigung, die Außenmaße sind kompakter.

Sie benötigt keine Schmierölversorgung durch das Motoröl. Die beweglichen Teile der Verteilereinspritzpumpe sind durch den Kraftstoff geschmiert, weshalb dieser schmierende Eigenschaften aufweisen muss. Die Verteilereinspritzpumpe reagiert empfindlicher auf Viskositätsunterschiede von verschiedenen Kraftstoffen bei verschiedenen Temperaturen, wie z. B. Pflanzenöl und Dieselkraftstoff oder auch Biodiesel (Sommer und Winter). Der Pumpenkolben ist aufgrund der erheblich höheren Hubzahl mechanisch höher belastet als die Pumpenelemente in der Reiheneinspritzpumpe. Im Falle eines Defektes am Verteilerpumpenkolben ist der Dieselmotor außer Betrieb, während bei Reiheneinspritzpumpen eine Weiterfahrt mit einem einzelnen defekten Pumpenelement auf den restlichen Zylindern unter Umständen noch möglich ist.

Verteilereinspritzpumpen können als Axial- oder Radialkolbenpumpen ausgeführt sein. Letztere können Maximaldrücke von bis zu 1950 bar erzeugen.[2] In der Regel erzeugt sie einen Förderdruck von 3 bis 8 bar, der auf max. 12 bar begrenzt ist. Eine elektronische Dieselregelung EDC ist möglich, was einerseits eine höhere Genauigkeit der Regelungen ermöglicht, andererseits ein Betreiben des Motors ohne Stromversorgung unmöglich macht. Die letzten Verteilerpumpen besaßen integrierte Pumpensteuergeräte, die teilweise die Funktionen einer EDC enthielten.

Die Antriebswelle hat Nockenwellendrehzahl und setzt bei der Axialkolbenpumpe die Hubscheibe und den Verteilerkolben in Drehbewegung. Die Hubscheibe ist mit Nocken versehen, die über die Rollen des Rollenringes gleiten. Der mit der Hubscheibe verbundene Verteilerkolben führt dadurch eine Dreh-Hub-Bewegung aus. Sobald der Zulaufkanal zum Hochdruckraum verschlossen ist, wird der Kraftstoff durch die Hubbewegung verdichtet. Durch die weitere Drehung des Kolbens wird eine Auslassbohrung zu einer Einspritzdüse geöffnet und der Kraftstoff wird durch ein Druckventil zur Düse gedrückt und es kommt zur Einspritzung in den Brennraum.

Bei der Radialkolbenpumpe wird der Druck nicht mehr durch eine Hub-Bewegung des Verteilerkolbens erzeugt, sondern durch radiale Pumpenelemente, die durch die Drehbewegung des Verteilerkolbens betätigt werden. Diese Bauart ist aufwändiger als eine Axialkolbenpumpe, ermöglicht aber höhere Einspritzdrücke.

Seit Anfang der 2000er Jahre sind im Pkw-Bau die Dieseleinspritzungen mit Verteilereinspritzpumpen weitgehend von Common-Rail-Systemen abgelöst worden.

Diese entspricht der Reiheneinspritzpumpe, jeder Zylinder wird von einer eigenen Pumpe angesteuert; der Antrieb erfolgt durch die Nockenwelle.

Speziell bei Lkw-Dieselmotoren mit untenliegender Nockenwelle werden solche Pumpen auch als Steckpumpen bezeichnet. Eingesetzt werden diese z. B. bei Mercedes-Benz-Motoren der Baureihe 900 bzw. 500. Mit der Steckpumpe werden Drücke von bis zu 1850 bar und Doppeleinspritzung erreicht.

Eine Pumpe-Düse-Einheit für Pkw

Beim Pumpe-Düse-System wird die Einzelstempelpumpe mit der Einspritzdüse vereinigt. Dies verringert störende Einflüsse der Kraftstoffdruckleitungen auf das System. Die Regelung des Pumpenelements erfolgte früher mechanisch, später wurde die Einspritzdauer durch ein Piezo- oder Magnetventil gesteuert. Diese Ventile verbinden in geöffnetem Zustand Druckkanal und Rücklauf. Dadurch bricht der Druck zusammen, und die Einspritzdüse schließt sich. Der Einspritzdruck ist jedoch stark von der Drehzahl der antreibenden Nockenwellen abhängig und nicht regelbar.