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Diesel-Technik : Der Höhenflug des modernen Diesels beginnt im Verborgenen

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Revolutionär: Pumpe-Düse-Injektor mit Piezokator für den Zweiliter-TDI Bild:

Die Ursache der kürzlich gehäuft auftretenden Probleme bei neuen Dieselautos war schnell gefunden: Es war die Hochdruckpumpe im Common-Rail-System aus dem Hause Bosch. Belastungsprüfungen förderten den Defekt eines zugelieferten Teils schnell zutage.

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          Die Ursache der kürzlich gehäuft auftretenden Probleme bei neuen Dieselautos war schnell gefunden: Es war die Hochdruckpumpe im Common-Rail-System aus dem Hause Bosch.

          Belastungsprüfungen förderten den Defekt eines wiederum zugelieferten Teils schnell zutage. Dem wurde rasch abgeholfen, und dabei rückte die Hochdruckpumpe ins Scheinwerferlicht: ein System, ohne das der Höhenflug moderner Dieselmotoren nicht möglich gewesen wäre.

          Zwei Philosophien

          Zwei Einspritzsysteme haben sich durchgesetzt. Während VW die Pumpe-Düse (PD) verwendet, vertrauen alle anderen Hersteller auf die Common Rail (CR). Die PD mit ihrem extrem hohen Einspritzdruck (neuerdings bis zu 2200 bar) benötigt keine separate Hochdruckpumpe, weil der Einspritzdruck für jeden Zylinder einzeln in den PD-Elementen erzeugt wird. Diesen wird der Kraftstoff von einer Vorförderpumpe mit einem Druck bis etwa 10 bar zugeführt. Neben Bosch liefert Siemens ein PD-System, das anstelle des Magnetventils ein Piezoventil enthält. Diese Piezo-Pumpe-Düse (PPD) wird in den Zweiliter-TDI mit 125 kW (170 PS) für den neuen Passat eingebaut. Gegen die PD spricht, daß dafür neue Zylinderköpfe entwickelt werden mußten, weil die PD-Elemente über Rollenkipphebel von der Nockenwelle betätigt werden. Die Kipphebel brauchen für ihre Lagerung eine eigene, sehr steife Welle über der Nockenwelle.

          Die ersten Personenwagen-Dieselmotoren mit Common Rail wurden 1997 von Fiat/Alfa Romeo und Mercedes-Benz präsentiert. Seither wird die Common Rail immer wieder als besonders fortschrittlich herausgestellt. Dabei liegen die maximalen Einspritzdrücke erst bei 1600 bar, sie werden auf 1800 bar steigen. Hoher Druck ist für die optimale Zerstäubung des Kraftstoffs extrem wichtig, um die Schadstoffentwicklung niedrig zu halten. Darum entwickeln Bosch und Siemens neue Common-Rail-Systeme. Deren Injektoren arbeiten mit integrierter Druckerhöhung. Es sind hydraulische Pumpe-Düse-Elemente, die einen Einspritzdruck bis etwa 2500 bar liefern können. Die Hochdruckpumpen brauchen dann nur noch zwischen 1300 und 1400 bar zu liefern, werden also erheblich entlastet. Solche Systeme werden jedoch noch einige Jahre auf sich warten lassen.

          Pumpen mit Hochdruck

          Für die unterschiedlichen CR-Motoren vom Smart bis zu Nutzfahrzeugen entwickelte Bosch bisher 13 verschiedene Hochdruckpumpen mit Unterabteilungen. Die jüngste Pumpe für Personenwagenmotoren heißt CP3.2 und wird in drei Ausführungen gebaut. Es ist eine Dreizylinderpumpe, deren drei Zylinder sternförmig angeordnet sind und in einer Ebene liegen. Zum Antrieb der drei Kolben dient eine Welle, auf deren Exzenter eine am Umfang etwa dreieckige Rolle über ein Gleitlager die Kolben gegen Federdruck bedient. Der Zylinderblock besteht aus einem massiven Schmiedeklotz von fünf Kilogramm Gewicht, in dem die Pumpenkolben direkt und ohne eingesetzte Zylinder laufen.

          Von der Exzenterwelle wird auf der Gehäusevorderseite eine Zahnrad-Vorförderpumpe angetrieben, die den Kraftstoff aus dem Tank saugt und ihn auf etwa 10 bar verdichtet, bevor er von der Hochdruckpumpe auf den Enddruck verdichtet wird. Diese Pumpeneinheit wird zumeist von der Steuerkette zu den Nockenwellen angetrieben, läuft aber schneller als mit halber Kurbelwellendrehzahl. Bei einem Vierzylinder mit zwei Liter Hubraum hat sie bei Nennleistung einen Leistungsbedarf von etwa vier Kilowatt, also den gleichen wie ein vergleichbarer Pumpe-Düse-Motor, dessen Einspritzdruck allerdings um 600 bar höher liegt. Welches System ist fortschrittlicher?

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