Das Prinzip der Pumpe-Düse hat eine weitaus längere Tradition als Common Rail. Eigentlich wurde es sogar noch zu Rudolf Diesels Lebzeiten erfunden. Bei nicht allen Dieselmotoren sind und waren die Pumpenelemente zu einer Einspritzpumpe zusammengefasst. Sobald der Motor eine gewisse Größe überschreitet, trennen sich die Elemente und werden zu sogenannten Steckpumpen (Bild unten), die von der Motor-Nockenwelle angetrieben werden. Darüber gibt es auch Pumpen mit jeweils eigenem Antrieb.

Weil das Prinzip schon so lange existierte, natürlich auch ohne Elektronik, waren die Pumpe-Düse-Anlagen denen mit Common Rail anfangs überlegen. Mit ihrem höheren Einspritzdruck generierten sie damals mehr Leistung. Bis auf die Tatsache, dass der ganze Zylinderkopf dem neuen Prinzip angepasst werden musste, hatte der Gedanke Potenzial, den Druck exakt dort aufzubauen, wo er gebraucht wurde.

Legendär die Verbräuche der PD-Diesel von VW, aber auch ihr rauer Ton. Leichte Verunsicherungen kamen durch die höhere stoßartige Belastung des Zahnriemens, die einen teilweisen Übergang zurück zum Kettenantrieb für die Nockenwelle mit sich brachte. Und dann kam die Euro-5-Norm mit Partikelfilter, die der Pumpe-Düse endgültig den Garaus machte. Zur Regeneration des Filters wurden Einspritzungen erforderlich, die so spät zu erfolgen hatten, dass deren Abbrennen erst im Abgasstrang gesichert war.

Und genau das konnte die Pumpe-Düse nicht mehr leisten. Ihr Hub dauert nicht ewig und nur in der Zeit ist eine Einspritzung überhaupt möglich. Später hat es zwar auch bei Common Rail Ersatzlösungen gegeben, die verhinderten, dass nicht verbrannter eingespritzter Dieselkraftstoff z.B. das Motoröl verdünnt. So verlagert Toyota die zusätzliche Einspritzung in den Abgastrakt, genauer gesagt in den Abgaskrümmer am vierten Zylinder.

Seitdem das System Pumpe-Düse heißt, ist die Einspritzung selbst zwar immer noch mechanisch-hydraulisch, aber die Regelung elektronisch. Irgendwie typisch ist die Sperrflügelpumpe (Bild unten), obwohl der Kraftstoff natürlich auch von Pumpen anderer Bauarten mit 3 bis 8 bar zu den PD-Elementen hätte gefördert werden können. Ein abgerundetes Dreieck wird von der Nockenwelle angetrieben und bildet durch die federbelasteten Sperrflügel links und rechts zwei voneinander unabhängige Pumpenräume jeweils mit Saug- und Druckseite.

Schaut man die für eine Kraftstoffförderung ungewöhnliche Obergrenze von 8 bar an, dann sind die Anforderungen im System Pumpe-Düse wohl etwas höher als z.B. bei Common Rail. Das liegt offensichtlich daran, dass die Förderpumpe nach dem Ende der Einspritzung den Kraftstoff z.B. ohne Kavitation (gasförmiger Zustand durch zu viel Unterdruck) in die Verästelungen des Pumpenelements bringen muss.

Insgesamt scheint das System mit höheren Widerständen zu arbeiten wie Common Rail, denn dort brauchten nur die ersten Systeme mit Hochdruckregelung einen Kraftstoffkühler (Bild unten) im Rücklauf. Bei Pumpe-Düse kommt das auch in späteren Systemen noch häufiger vor.

Womit wir uns dem eigentlichen Aufbau am Motor selbst widmen können, denn der Rest der Kraftstoffförderung ist bei allen Anlagen ähnlich. Es gibt grundsätzlich zwei Methoden, den Kraftstoff den einzelnen Pumpenelementen zuzuführen, durch Bohrungen im Zylinderkopf oder eine separate Leitungsführung, wie sie unten als Vor- und Rücklauf ausgeführt ist. Letztere dürfte den Wärmeübergang vom Zylinderkopf zum Kraftstoff wohl deutlich reduzieren.

Unten im Bild wird noch einmal deutlich, welche Veränderungen der Zylinderkopf über sich ergehen lassen musste. Die Nockenwelle erhielt einen zusätzlichen Nocken, der sogar etwas kräftiger ausgebildet ist als der für ein Ventil. Zwei obenliegende Nockenwellen, wie heute bei Dieselmotoren üblich, wären schon schwierig zu integrieren gewesen, eine evtl. Umschaltung auf Nullnocken etc. ebenfalls.

Während die Ventile direkt angesteuert werden, geschieht das beim jeweiligen Pumpenelement über Rollen-Kipphebel. Dabei sind die Kolbenfedern denen der Ventile nicht unähnlich. Bei diesem Zylinderkopf ist der Kraftstoff-Vorlauf integriert. Auch die elektrischen Leitungen und deren Steckkontakte befinden sich in dem öligen Teil des Zylinderkopfs.

Hier sind die einzelnen Sensoren und Aktuatoren aufgeführt. Unter den letzteren sind natürlich die wichtigsten die Magnetventile an den einzelnen Zylindern. Außer einer auch bei anderen Einspritzverfahren und tiefen Temperaturen nötigen Heizung für den angesaugten Kraftstoff wird hier nicht viel mehr angesteuert.

An ganz wichtigen Sensoren finden sich der Fußfahrgeber und die Temperatur des Kühlmittels. Möglich wäre auch bei dieser Anlage eine Einbeziehung der Kraftstofftemperatur. Unabdingbar für die Berechnung des Einspritzbeginns sind natürlich Kurbel- und der hier nicht eingezeichnete Nockenwellensensor. Unten ein Bild eines Pumpe-Düse-Elements für Pkw.