Benzindirekteinspritzung

 

Bild von Michael Schwarzenberger auf Pixabay

 

 

Zum Erreichen des optimalen Gemischverhältnisses von 1: 14,7 ( Lambda 1) wird der Kraftstoff auf verschiedene Arten der angesaugten Frischluft zugeführt. Mit Hilfe moderner Einspritzvarianten kann das Gemisch auch bis auf Lambda 3 abgemagert werden.

Kraftstoffpumpe (Niederdruck)

• Leistet eine Förderleistung von ca. 120 l/h
• Erzeugt einen Kraftstoffdruck von max. 6,0 bar (ab hier öffnet ein Druckbegrenzungsventil als Überlastschutz)
  

Sicherheitsschaltung

• trotz eingeschalteter Zündung muss die Kraftstoffpumpe (nach einem Unfall und Motorstillstand) nach spätestens 1,5 sec automatisch abgeschaltet werden
• bei Auslösen eines Airbags wird die Kraftstoffpumpe sofort ausgeschaltet

Diagnose

Prüfung der Fördermenge

1. Kraftstoffpumpen Relais aktivieren (durch verbinden von 87b auf 30 mit gesicherter Leitung)
2. Pumpe 30 sec fördern lassen
3. geförderte Menge der Kraftstoffmenge aus der Rücklaufleitung entnehmen und mit Herstellerangaben vergleichen (ca. 800ml/30s bei 2,5bar Vordruck)

Prüfung des Förderdrucks

1. nach Fördermengenprüfung Druck auf dem Manometer überprüfen
2. Kraftstoffdruck sollte nach 1h nicht unter 1bar abgefallen sein

Saugrohreinspritzung - Einspritzventile

• werden elektromagnetisch geöffnet
• vom Motorsteuergerät getaktet (plus- und minusseitig)

• durch Bestromen der Magnetspule wird die Ventilnadel aus ihrem Sitz (gegen die Federkraft) nach oben gezogen und das Ventil geöffnet 
• durch beenden der Bestromung der Magnetspule wird das Ventil durch die Federkraft auf die Düsennadel wieder geschlossen

 

• Ansteuerung: 80V - 100V
• Bauarten Top-Feed (Kraftstoff von oben ins Ventil) / Bottom-Feed (Kraftstoff von der Mitte bzw. seitlich ins Ventil)

 

Direkteinspritzung - Einspritzventile (wandgeführt)

Magnetventil-Injektor (ähnlicher Aufbau wie Magnetventil-Einspritzventile Diesel)

Öffnungsspannung: 90V Ansteuerung (durch Motorsteuergerät) - 10A Stromstärke

Haltespannung: 30V Ansteuerung - 3-4A Stromstärke

 

Direkteinspritzung - Injektor (strahlgeführt)

Piezo-Injektor, welcher die Düsennadel nach außen (in Richtung Brennraum) öffnet. Mehrfacheinspritzungen möglich. (4 x so schnelle Schaltzeiten (vgl. Mehrlochdüse/Einspritzventil), durch verringerte bewegliche Teile/Masse)

Kraftstoffdruck ca. 200 bar

Ansteuerung 0 - 200V

Homogenbetrieb

Kraftstoff wird der angesaugten Frischluft beigemengt. Kraftstoff und Frischluft haben den gesamten Saug- und Verdichtungshub Zeit sich zu vermengen zu einem homogenen (gleichartigen) Gemisch.

Mit Hilfe der Lambda-Regelung wird versucht im Homogenbetrieb ein Mischungsverhältnis von Lambda = 1 zu erzielen.

Wenn Saugrohrklappen verbaut sind, sind diese im Homogenbetrieb dauerhaft geöffnet.

*Homogenbetrieb wird auch verwendet, um NOx Speicherkat zu regenerieren. Ist der NOx Kat voll beladen und der Anteil an NOx nach Kat nimmt zu, wird von Schichtladung auf Homogenbetrieb umgeschaltet. Zusätzlich kann der ZZP auf spät verstellt werden, um die Abgastemperatur zu erhöhen. (Entschwefeln) - Diese Umschaltung erfolgt, da bei Lambda 1 die Verbrennungsspitzentemperaturen geringer sind und weniger NOx gebildet werden.*

Schichtladungsbetrieb

Um den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen zu verringern, wird das Gemisch in zwei Schichten innerhalb des Brennraums angereichert.

Wann?

• im Bereich bis zu mittlerer Motorlast, mittlere Drehzahl
• sofern kein Fehlerspeichereintrag im Abgassystem erfolgte
• Kühlmitteltemperatur über 50°C
• NOx-Speicherkat betriebsbereit (zwischen 250°C - 500°C)
• geschlossene Saugrohrklappe
  

Wie im Dieseleinspritzsystem wird versucht mit nahezu vollständig geöffneter Drosselklappe und nur über die eingespritzte Kraftstoffmenge das Gemisch zu bilden. (geringe bis keine Drosselverluste durch Abbremsen der angesaugten Luft)

Angesaugter Luftstrom wird durch die geschlossene Saugrohrklappe verdrillt (eng. Swirl Flaps mehr hier). Die Verdrillung der Luft sorgt für bessere Durchmischung der Frischluft mit dem eingespritztem Kraftstoff (Skript Walzenförmige Bewegung). ( - Saughub bis 2/3 Kompressionshub - )

Im letzten Drittel des Kompressionshub wird Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Einspritzung erfolgt in eine Mulde im Kolbenboden (wandgeführt), welche den Kraftstoff wolkenförmig um die Zündkerze transportiert. // oder strahlgeführt: Injektor spritzt Kraftstoff im höchsten Punkt des Brennraums ein, Zündkerze ist hier anders positioniert. ( - 3/3 Kompressionshub bis OT - )

 

Es entstehen zwei Schichten:

innere Schicht: um die Zündkerze entsteht ein gut zündfähiges Gemisch (fett) (Kraftstoff/ Frischluft)

äußere Schicht: umgibt die innere Schicht und besteht aus Frischluft sowie zurückgeführten Abgasen (entsprechend der AGR-Rate) (Frischluft/ Abgase)

Zündung: Die innere Schicht wird durch Zündfunken entzündet und erzeugt Verbrennungsdruck. Die äußere Schicht nimmt nicht aktiv an der Verbrennung teil (zu mager + bereits verbrannte Abgase) und sorgt für eine Isolation zu den Zylinderwänden.

Auf diese Weise kann das Gemisch bis auf Lambda 3 abgemagert werden. (NOx steigen, HC sinken)