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Pumpe Düse Einspritzung (PDE - Unit Injektor)

Zu Moderne Diesel  | Diesel Abgasproblematik

Pumpe Düse (Unit Injector) Aufbau, Funktion, Schäden, Prüfung, Montage, Video

Die Pumpe-Düse-Einspritzung wird häufig mit PD oder PDE abgekürzt. Bosch verwendet die Abkürzung UIS für Unit Injector System.

(Quelle Bosch)

Bei der Pumpe Düse Einspritzung sind
  • Kraftstoffeinspritzpumpe und
  • Düse

für jeden Zylinder

 in einem einzigen Bauteil zusammengefasst.

Das heißt: Der Hochdruck ( ca. 2050 bar (s.a. Tabelle)) wird am Einspritzelement jedes Zylinders separat erzeugt.  

Die PDE ist im Zylinderkopf montiert und die Pumpenkolben  werden von der Motornockenwelle über Kipphebel angetrieben. Kraftstoffzu- und Rücklauf erfolgt über im Zylinderkopf integrierte Kanäle.

Die Eingangs-Informationen erfolgen im wesentlichen wie von der elektronischen Dieselregelung her bekannt. Sensoren liefern dem Steuergerät Informationen über Gaspedalstellung, Motordrehzahl, Nockenwellenposition, Saugrohrtemperatur, Saugrohrdruck und Kühlmitteltemperatur. Diese Informationen werden ständig mit den im Steuergerät gespeicherten optimalen Werten verglichen. 

Das Steuergerät setzt diese Informationen in Ausgangsbefehle z.B. für das an der PDE angebrachte Magnetventil um, wodurch die vom Motor benötigte Kraftstoffmenge sowie der Spritzbeginn bestimmt werden.

Pumpe-Düse Systeme wurden in Fahrzeuge des VW-Konzerns verbaut.

 

 

  Quelle VW

Je höher der Druck, umso mehr Kraftstoff lässt sich in der kurzen Zeit durch die winzigen Löcher der Einspritzdüse pressen.

Nur wenige Tausendstel Sekunden dauert dieser Vorgang.

Das Pumpe-Düse-System kann den hohen Druck deshalb gut aufbauen, weil dieser auf sehr engem Raum erzeugt wird und der verdichtete Kraftstoff nicht über eine Rohrleitung zum Zylinder geschickt werden muss.

Das Pumpen-Element sitzt unmittelbar über der Einspritzdüse im Zylinderkopf.

Funktionsweise Pumpe Düse PDE:

 

Füllphase

Die Motornockenwelle bewirkt über einen Kipphebel und eine (Kolben) Plungerrückstellfeder einen festgelegten Hub für jeden Kolben.

Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens (Füllhub unten abgebildet) strömt der Kraftstoff vom Zylinderkopf, durch das geöffnete Absteuerventil in die unter dem Plunger liegende Kammer.

An einem vom Steuergerät bestimmten Zeitpunkt erregt ein elektrischer Impuls den Magnetstator und bewegt den Anker, wodurch das Absteuerventil geschlossen wird.

Der Plunger fährt nun abwärts und bewirkt dadurch einen raschen Druckanstieg in den Druckkanälen.

Bei einem vorgegebenen Druck öffnet die Düse und die Einspritzung beginnt. Wenn der Stator stromlos ist, öffnet das Absteuerventil.

Dadurch bricht der Druck zusammen, die Düse schließt und die Einspritzung ist beendet.

Der Spritzbeginn und die Einspritzmenge werden wie bereits oben erwähnt durch das Steuergerät bestimmt.

Konkret ist das der Beginn und die Dauer des elektrischen Signals am Absteuerventil. 

Regelung PDE

Das Motorsteuergerät überwacht den Stromverlauf des Ventils für die Pumpe-Düse (siehe auch Bilder unten). Aus dieser Information erhält es, zur Regelung des Förderbeginns, eine Rückmeldung über den tatsächlichen Förderbeginn und es kann Funktionsstörungen des Ventils feststellen.

Der BIP ist der der Begin of Injection Period (=Einspritzbeginn)

Der Einspritzvorgang wird mit der Ansteuerung des Ventils für Pumpe-Düse eingeleitet.

Dabei wird ein Magnetfeld aufgebaut, die Stromstärke steigt an und das Ventil schließt.

Beim Aufschlagen der Magnetventilnadel auf den Sitz gibt es eine auffälligen Knick im Stromverlauf.

Dieser Knick wir als BIP bezeichnet.

Der BIP signalisiert dem Steuergerät das Vollständige Schließen des Ventils für Pumpe-Düse und somit den Förderbeginn.

 

Durch eine Änderung der Magnetventile können diese auch in einer Zwischenstellung geöffnet gehalten werden. Man verwendet hier den Begriff Boot-Injection. Also ist somit auch eine Vor- und Haupteinspritzung möglich.

Gegenüber der Verteilereinspritzpumpe bringt die Pumpe-Düse-Technik eine Mehrleistung von ca. 5% und etwa 20% mehr Drehmoment. Erfreulich ist, dass die Pumpe-Düse-Technik weniger Schadstoffe erzeugt, weil der Verbrennungsprozess sehr günstig verläuft. Pumpe-Düsemotoren schaffen die EU4-Norm auch ohne Rußfilter. Der Pumpe-Düse-Dieselmotor garantiert eine bessere Laufruhe bei unverändert günstigem Verbrauch.

Wenn es aus Platzgründen erforderlich ist (Nockenwelle liegt nicht im Zylinderkopf - Nfz ), werden auch Pumpe-Düsen-Systeme mit kurzen Einspritzleitungen verwendet. Bezeichnung:

 

Pumpe-Leitung-Düse (PLD) oder UPS (Unit Pump System). 

Pumpe Leitung Düse (PLD) Bosch

Quelle: Bosch/MAN

Das Bosch-Pumpe-Düse-System bei Pkws wurde nur fast nur im VW-Konzern eingesetzt.

Typischer Fehler der Pumpe Düse vor einigen Jahren: Beschädigung im Zylinderkopf durch "Einarbeiten" der Düse in den Sitz

Pumpe Düse Einheit im Zylinderkopf

Pumpe Düse Einheit (Unit Injector) im Zylinderkopf 1 Befestigungsschraube 2 Rücklaufkanal 3 Zulaufbohrung 4 Dichtring 5 Beschädigungsstelle 6 Zylinderkopf (Quelle: Bosch)

Durch eine Beschädigung an der Pos. 5 kann austretender Kraftstoff zu einer Vermischung mit Motoröl und somit zu Fehlfunktionen der Motorsteuerung oder zu Motorschäden durch Ölverdünnung führen. Deshalb sind vor jedem Einbau des Unit Injektors die Zylinderkopfbohrung und die Dichtfläche zu reinigen und einer Sichtprüfung zu unterziehen. Dazu ist unbedingt der oberste Durchmesser der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf auf Beschädigungen zu prüfen.

Video zu Motorschäden bei der Pumpe Düse

Wie entwickelt sich ein Motorschaden bei einem TDI Motor? Ölverdünnung und die Auswirkungen auf die Lebenslaufleistung. TIPP: Regelmäßige Ölwechsel

Reinigungshinweise PDE

Vor dem Wiedereinbau muss die Zylinderkopfbohrung und die Dichtfläche gereinigt werden. Düsenbohrung mit Stange (Werkzeug 0 986 612 734) verschließen. Die Stange aus dem Abdichtbolzen herausdrehen und entfernen. Die Bürstvorrichtung (Werkzeug 0 986 612 729) mit vorgeschobener Hülse einführen. Bürste aus der Hülse drehen und Dichtfläche unter leichtem Druck und durch Drehen reinigen. Zylinderbohrung durch spiralförmige Drehbewegung reinigen. Die Bürstvorrichtung aus der Bohrung entnehmen und Schmutzpartikel durch Absaugen entfernen. Die Dichtfläche und die Zylinderkopfbohrung müssen sauber sein. Falls nicht Vorgang wiederholen. Nach der Reinigung die Stange in den Abdichtbolzen hinein schrauben und herausziehen.

Dichtheitsprüfung Unit Injektoren

Durch die hohe mechanische Beanspruchung der Unit Injektoren können sich Abnutzungen im Bereich der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf bilden und Undichtigkeiten verursachen. Austretender Kraftstoff kann durch Vermischung mit Motoröl zu Fehlfunktionen der Motorsteuerung oder zu Motorschäden durch Ölverdünnung führen.

Prüfvoraussetzungen

Motor betriebswarm, sämtliche elektrischen Verbraucher sind ausgeschaltet. Manometer an der Tandempumpe anschließen. Motor starten. Motordrehzahl ca. 4000 1/min. Sollwert 750 kPa (7,5 bar). Wird der Sollwert nicht erreicht, Kraftstoffrücklaufleitung zwischen der der Tandempumpe und dem Kraftstofffilter mit einer Schlauchklemme verschließen. Druckanzeige < 750 kPA Tandempumpe defekt. Druckanzeige > 750 kPa Dichtringe des Unit Injektors defekt

 

Niederdruckprüfung Pumpe Düse

Eine Messung des Kraftstoffdruckes kann nur am Prüfanschluss der Kraftstoffpumpe erfolgen. Bei falschem druck können folgende Fehlersymptome auftreten: Motor startet schlecht, Motor startet nicht (Starter dreht), Motor stellt selbsttätig ab Verminderte Leistung in allen Bereichen (Notlauf), Fehlereinträge

Beispiele      EDC 15P EDC 16P
Bei Leerlaufdrehzahl ca. 350 kPa 300 kPa
Bei Abregeldrehzahl ca. 850 kPa 1350 kPa

Niederdruckanschluss PDE Bosch

Niederdruckanschluss PDE Bosch

Montage PumpeDüse

Bei sämtlichen Einstellarbeiten an den Pumpe-Düse-Elementen (Unit Injektoren) muss die Einstellschraube und der Kugelbolzen erneuert werden. Dabei die beiden Teile leicht einfetten. Bei Verwendung des alten Uni-Injektors müssen die O-Ringe und die Wärmeschutzdichtung erneuert werden. Die O-Ringe dürfen nicht gerollt werden. Auf deren korrekten Sitz achten. Dichtringe leicht einölen. Vor jedem Einbau des Unit Injektors sind die Zylinderkopfbohrung und die Dichtfläche zu reinigen und einer Sichtprüfung zu unterziehen. Dazu ist unbedingt der oberste Durchmesser der Aufnahmebohrung im Zylinderkopf auf Beschädigungen zu prüfen. Bei erkanntem Verschleiß (Materialabtrag) im Dichtbereich des obersten O-Rings ist ein Tausch des Zylinderkopfs bei der Vertragswerksatt erforderlich. Pumpe-Düse-Element durch vorsichtiges und gleichmäßiges Drücken bis zum Anschlag einführen.

Die Pumpe Düse Elemente sind auszurichten. Dazu braucht es große Messschieber (Messbereich 400 mm), da exakte Werte (Maß A) einzuhalten sind.

Einbau und Ausrichten der PDE

Einbau und Ausrichten der PDE (Bosch)

Die Messuhrspitze auf die Einstellschraube setzen. Kurbelwelle in Motordrehrichtung drehen bis die Messuhr auf dem tiefsten Punkt steht. Messuhr abbauen

PDE mit Messuhr einstellen

PDE mit Messuhr einstellen (Bosch)

Die Einstellschraube einschrauben bis ein deutlicher Widerstand zu spüren ist. Die Düse befindet sich am Amschlag. Die Einstellschraube um 180° zurückdrehen. Einsellschraube halten und Kontermutter anziehen. Anziehdrehmoment 30 Nm. Steckanschlüsse wieder aufstecken. Zylinderkopfdeckel und Zahnriemenschutz einbauen

PDE einstellen

Pumpe Düse einstellen (Bosch)

Das Unit-Injector-System (UIS) mit Spitzendrücken von über 2000 bar von Bosch, auch Pumpe-Düse-Einspritzsystem, sorgte eingebaut in den Fahrzeugen des VW-Konzerns für extrem niedrige Emissionen für Laufruhe, Sparsamkeit und Durchzugskraft. Der sehr hoch bauende Motor und die hohe Belastung für die mechanischen Teile, verbunden mit etlichen Schäden an Düsen und Zylinderkopf (Garantie) sowie die Vorteile des Common Rail Systems führten schließlich zu einer Hinwendung zum CR-System auch bei VW.


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Autor: Johannes Wiesinger
bearbeitet: 05.10.2013

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