Date: October 05, 2002 at 20:29:09
From: Hans Fürthbauer, [linzu3-220-177.utaonline.at]
Subject: Steckpumpen, neuer Thread: @ Rainer und Rhanie

Hallo Rainer und Rhanie, bevor der Thread zum Rußfilter immer länger wird, fange ich lieber einen neuen an, der sich nur mit dem Thema beschäftigt. Ich habe meinen Text hier nochmal reingestellt, aber jetzt stark erweitert und versucht, die Fragen von Rainer gleich im Text zu beantworten und noch zusätzliche Details einzuflechten. Das hat gerade gepaßt, denn ich benötige in Kürze für andere Interessenten auch eine Beschreibung. Und heute ist Samstag, es war kein besonders schönes Wander-Wetter, die Äpfel im Garten habe ich heute nachmittag auch schon gepflückt und daher habe ich jetzt etwas Zeit. Bei Bosch heißen die Steckpumpen heute UPS (Unit Pump System). Die Pumpen, für jeden Zylinder eine, stecken im Kurbelgehäuse und werden normalerweise über einen Rollenstößel direkt von der unten liegenden Nockenwelle des Motors angetrieben. Bei Hatz gibt es eine Version, bei der der Nockenhub über einen Rollenkipphebel auf den Elementkolben übertragen wird. Über die Form der Antriebsnocke läßt sich innerhalb gewisser Grenzen der Druckanstieg an der Düse und die Förderrate der Pumpe gestalten. Die UPS-Steckpumpen benötigen (z.B. bei Mercedes) einen Zulaufdruck von ca. 5 +/-1 bar. Es ist einerseits zwecks Spülung und Kühlung ein ständiger Kraftstoffdurchsatz durch die Steckpumpen vom Zulauf über das Magnetventil und den Oberteil der Steckpumpen in den Rücklauf erforderlich, wenn das Element nicht fördert. Andererseits braucht man den Zulaufdruck, damit die Pumpenelemente auch bei hohen Drehzahlen sicher gefüllt werden. Beim Abwärtshub des Elementkolbens strömt der Kraftstoff aus dem Zulaufkanal über das offene Hochdruckmagnetventil in das Pumpenelement. Das Pumpenelement hat keinen verdrehbaren Elementkolben mehr, mit dem früher - wie bei der Reihenpumpe - die Einspritzmenge verstellt werden konnte. Sondern es sitzt das bereits zitierte Hochdruckmagnetventil oberhalb bzw. seitlich vom Pumpenelement. Das Ventil ist stromlos offen. Soll die UPS fördern, muß beim Hochgehen des Elementkolbens das Magnetventil mit einem Stellerstrom angesteuert werden. Dann schließt es und der Kraftstoff kann aus dem Pumpenelement nicht mehr zurück in den Rücklauf entweichen, sondern wird über eine kurze Hochdruckleitung zur Düse gedrückt. Der Anzugsstrom für das Magnetventil liegt bei ca. 16A, der Haltestrom bei ca. 10A. Das Aufsetzen der Magnetventilnadel beim Schließen wird elektronisch erfaßt. Diese Schließerkennung benötigt das Steuergerät für die exakte Berechnung von Förderbeginn und Einspritzmenge. Mit dem variablen Zeitpunkt der Stromaufschaltung und der Bestromungsdauer wird (wie bei PD oder CR) der Förderbeginn und die Förderdauer sehr genau und zylinderselektiv eingestellt. Vom Aufschalten des Stroms bis zum Aufsetzen der Magnetventilnadel am Ventilsitz ist eine Zeitspanne von ca. 1 ms erforderlich. Die Hochdruckförderung erfolgt nur solange, wie das Hochdruckmagnetventil elektrisch angesteuert ist. So ist z.B. im Leerlauf die Ansteuerzeit sehr kurz, weil nur eine relativ geringe Einspritzmenge benötigt wird. Der restliche Hub des Elementkolbens nach dem Öffnen des Magnetventils verdrängt den Kraftstoff aus dem Pumpenelement in den Rücklauf. Selbstverständlich ist neben der heute obligaten Mengen- und Förderbeginnregelung, der Leerlaufdrehzahl- und Laufruheregelung auch eine Zylinderabschaltung (z.B. für Diagnosezwecke) möglich. Die erreichbaren Drücke an der Düse liegen aktuell bei ca. 2.000 bar, also weit oberhalb von denen einer Reihenpumpe. Während die Steckpumpen früher gerne bei Kleindieseln (z.B. Hatz, Deutz) verwendet wurden, findet man die UPS heute z.B. in LKW-Motoren von Mercedes und DAF und Baumaschinen- und Stationär-Motoren von Deutz. Ich glaube, daß Deutz zuerst das System mit elektronischer Regelung in der Serie hatte, weiß es aber aus dem Stegreif nicht sicher. UPS hat gegenüber einer Hubschieber-Reihenpumpe mit elektronischer Mengen- und SB-Regelung so viele Vorteile, daß Mercedes bereits 1996 auf UPS umgestiegen ist. Obwohl bei Mercedes gerade eben 1993 der erste Serieneinsatz der Bosch-Hubschieberpumpe bei der Baureihe 400 erfolgte, war sie mit der nächsten Motorengeneration durch die Einführung von UPS schon wieder obsolet. Daran sieht der interessierte Beobachter, wie kurzlebig manche sehr aufwendig und teuer unter politischem Druck (EU2, EU3) entwickelte Dieseleinspritz-Systeme sind. Obwohl MAN, Scania u.a. die Hubschieberpumpe noch weiter verbaut haben, war sie mit dem Ausstieg von Mercedes sofort auf dem absteigenden Ast. Fazit: viel Manpower, Produktionseinrichtungen und Geld in den Sand gesetzt. Der Düsenhalter kann entweder ein 2-Feder-Düsenhalter oder ein einfacher Düsenhalter sein, der an die hohen Spitzendrücke angepaßt ist. Die Düsen sind herkömmliche Mehrlochdüsen. Bei einigen Nfz-Motoren sind es 8-Loch-Düsen, wobei die Spritzlöcher in 2 Ebenen angeordnet sind, damit die Düsenkuppe durch den kurzen Lochabstand nicht zu sehr geschwächt wird. Der Trend geht nach noch mehr, dafür aber kleinere Spritzlöcher. Das gilt auch für die PKW-TDI's. Zum Funktionsprinzip des UPS habe ich 2 Bilder, die ich auch per Mail verschicken kann. Wenn Ihr daran Interesse habt, dann meldet Euch bitte per Mail, oder hier. Von Rhanie weiß ich, daß er meine Adresse hat. Bei Bedarf könnte ich auch eine Mercedes-Steckpumpe zum "Zerflexen" zur Verfügung stellen. Einen "Postboten" wüßte ich auch schon. MfG Hans F. PS für Rainer: Falls ich Deine Fragen jetzt doch nicht ausreichend beantwortet haben sollte, dann frage bitte nochmal. Hier sind Deine Fragen und kurze Antworten dazu: Hallo Hans, oh da Du gerade die Steckpumpen erklärst, habe ich noch einige Verständnisfragen: Wie wird bei diesem Pumpentyp die zum Druckaufbau notwendige Kraft an die Pumpe gebracht? Über die Nockenwelle des Motors, siehe oben. Wie sieht die Kraftaufbaukurve aus? die Kräfte habe ich mir im Detail nicht angeschaut Ist dies eine liniare Rampe? nein, angepaßt an die gewünschte Förderrate und den Druckaufbau/°Nockenwinkel und über die Ansteuerung des Magnetventils an den Betriebszustand des Motors Wie schnell kann das Hochdruckventil schalten? Schaltzeit ca.1 ms, auch abhängig von der Kraftstofftemperatur Welche Düsentypen werden damit realisiert? Lochdüsen, siehe oben Wie wird nach Einspritzende der Treibstofffluss beendet? Das Magnetventil öffnet und der Hochdruck aus dem Pumpenelement baut sich sofort in den Rücklauf ab Kann das Hochdruckventil wärend der Einspritzphase wieder öffnen um die Einspritzung zu beenden bevor der Pumpenkolben zurückläuft? Ja, jederzeit, wenn der Stellerstrom für das Magnetventil vom Steuergerät abgeschaltet wird. vielen Dank im Voraus für die Antworten Mfg Rainer