Pumpe-Düse-System
Das Pumpe-Düse-System ist eine eigene Entwicklung von Volkswagen zur Gemischaufbereitung mit Hilfe der Direkteinspritzung bei Dieselmotoren und wird derzeit auch nur bei Dieselmotoren des Volkswagen-Konzerns eingesetzt.
Mit dem Pumpe-Düse-System (kurz: PD) werden 2005 höhere Einspritzdrücke als bei der Common-Rail-Technik erreicht.
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Aufbau
Hierbei bilden Pumpe und Einspritzventil eine Einheit. Es kann dadurch an jedem Zylinder separat ein maximaler Einspritzdruck von bis zu 2.050 bar erzeugt werden. Das Einspritzsystem ist in den Zylinderkopf integriert. Der Druckaufbau geschieht mechanisch.
Funktion
Durch einen zusätzlichen Nocken wird über Rollenkipphebel und Stößel ein kleiner Plunger (hier: eine Art Kolben) betätigt. Der Nocken ist so geformt, dass dies mit Hochgeschwindigkeit geschieht, um den benötigten Hochdruck schnell aufzubauen. Der Druckaufbau im sogenannten Plungerraum unter dem Kolben und damit der Einspritzverlauf wird von einem Magnetventil zeitlich gesteuert. Der Druckaufbau kann erst entstehen, wenn das Magnetventil (elektrisch) geschlossen wird. Das schnelle Öffnen des Magnetventils sorgt für ein scharfes Ende der Einspritzung, was für eine vollständige und saubere Verbrennung sehr wichtig ist.
Ausblick
Zukünftig kann das Magnetventil durch einen Piezo-Aktor ersetzt werden. Dieser arbeitet bis zu dreimal schneller und laufruhiger als ein vergleichbarer Magnetsteller. Spitzendrücke bis zu 2.500 bar sind möglich. Aktuell verfügt der 2.0 TDI im neuen VW Passat 2005 über ein solches Piezo-Pumpe-Düse-Element welches mit einem Spitzendruck von 2.200 bar arbeitet.
Vorteile
- Weil der Druck in der PDE (Pumpe-Düse-Einheit) - und damit der Einspritzdruck - durch den Nocken der Nockenwelle ermöglicht wird, ist die dafür benötigte Antriebsenergie nur in dem für die Einspritzung relevanten Bereich aufzubringen. Verglichen mit dem CR-System ist der Umfang der Komponenten wesentlich geringer und einfacher (keine Hochdruckpumpe, keine Rail-Aktoren).
- Der hohe Druck begünstigt die feinste Vernebelung des durch die Einspritzventile eingebrachten Dieselkraftstoffes. Kleinere Tröpfchen bedeuten kleineres Verhältnis von Volumen zur Oberfläche, was günstig für eine geringere Rußbildung ist.
- PD-Diesel haben aufgrund des hohen Einspritzdrucks einen sehr guten Wirkungsgrad und liefern bei geringem Verbrauch bis zu mittleren Drehzahlen ein sehr hohes Drehmoment.
Nachteile
- Aufgrund der o.g. Nockenabhängigkeit kann eine Einspritzung (zeitlich, d.h. über den Winkel betrachtet) nur ausgelöst werden, wenn auch der Nocken die Pumpe antreibt. Das bedeutet der Bereich der möglichen Einspritzzeitpunkte ist um einen bestimmten Bereich um OT (oberer Totpunkt) eingeschränkt, was zwar dem Wirkungsgrad aber nicht der Laufrufe zugute kommt (siehe unten).
- Verglichen mit dem CR-System ist der Antrieb der Nockenwelle und der Zylinderkopf aufwendiger gestaltet.
- Verhältnismäßig hoher Aufwand, da prinzipbedingt jeder Motorzylinder über eine eigene Pumpe verfügt. Daher wird die PD-Technik derzeit überwiegend nur für 4-Zylinder-Dieselmotoren eingesetzt.
- Aufgrund des hohen Einspritzdrucks und der eingeschränkten Möglichkeit, Einspritzdruck, -zeitpunkt und -menge in feinen Schritten zu verändern, gilt der Motorlauf als unkultiviert.
- Die höheren Belastungen durch den schlagartigen Druckaufbau der einzelnen Aktoren, sorgen für eine hohe Beansprunchung der Nockenwelle selbst und des Antriebs. Da dieses vielfach über einen Zahnriemen geschieht, gilt dieses Element als besonders gefährdet.