Motorfalen

Benzinemotor met directe injectie: hoe werkt het?

Petrol engine with direct fuel injection
Petrol engine with direct fuel injection
Gepubliceerd op
Vertaald uit het origineel (bron: autoride.co)

Een vonkontstekingsmotor met directe brandstofinjectie is een type zuigerverbrandingsmotor die, in tegenstelling tot een vonkmotor met enkel- of meerpuntsbrandstofinjectie of carburateurmethode voor mengselbereiding, niet alleen een homogeen mengsel verbrandt.

De brandstof wordt tijdens de inlaat- of compressieslag rechtstreeks in de cilinder geïnjecteerd met behulp van de injectiekleppen, waardoor deze wordt verstoven en verdampt voordat de bougie het mengsel met een vonk ontsteekt.

Inhoud

Functie van benzinemotor met directe injectie

Een motor met elektrische ontsteking en directe brandstofinjectie creëert alleen in de verbrandingskamer een werkend mengsel van brandstof en lucht, wat betekent dat het een interne creatie van het mengsel is.

Met deze methode om het mengsel te bereiden, zijn er geen condensatieverliezen veroorzaakt door condensatie van brandstof op de wanden van de inlaatleiding. Bovendien is de timing van de brandstofinjectie, evenals de hoeveelheid ingespoten brandstof, zeer nauwkeurig, waardoor het brandstofverbruik wordt verminderd.

Afhankelijk van de belasting, het toerental, de motortemperatuur en andere parameters werkt de motor met elektrische ontsteking met directe injectie in verschillende modi met verschillende mengselsamenstellingen:

  1. Modus met homogeen mengsel
  2. Modus met homogene werking en mager mengsel
  3. Modus met homogene werking en gelaagde vulling
  4. Modus met homogene werking en bescherming tegen pingelen van de motor
  5. Gelaagde mixmodus
  6. Modus met gelaagd mengsel en verwarming van de katalysator

1. Modus met een homogeen mengsel

In deze modus wordt de brandstof al tijdens de inlaatslag ingespoten, waardoor er voldoende tijd wordt behaald om een ​​uniform samengesteld mengsel te creëren. In dit geval is het een stoichiometrisch mengsel λ = 1, waarin de brandstof volledig wordt verbrand, in zijn gehele volume.

In deze benzinemotormodus met directe injectie verschillen het verbrandingsverloop, het brandstofverbruik, de emissies en andere parameters niet veel van een benzinemotor met meerpuntsinjectie.

Deze modus is universeel, ongeacht het motortoerental, de temperatuur of de belasting. Dit zou de motor echter de voordelen van gelaagde vulling ontnemen, daarom wordt deze modus vooral gebruikt bij hoge motortoerentallen en belastingen.

2. Modus met homogene werking en mager mengsel

In deze modus realiseert de benzinemotor met directe injectie een lager brandstofverbruik dan in de modus met een homogeen mengsel vanwege een hoger vulrendement, omdat de gasklep meer wordt geopend dan in de modus met een homogeen mengsel.

De samenstelling van het mengsel in dit regime is 1 < λ < 2.

3. Modus met homogene werking en gelaagde vulling

In deze modus bereikt de lucht-brandstofverhouding de waarde λ > 2 en wordt de brandstof tweemaal ingespoten. Tijdens de eerste injectie, die plaatsvindt tijdens de inlaatslag, wordt ongeveer een kwart van de brandstoflading per cyclus naar de verbrandingskamer gevoerd, waardoor een homogeen mengsel ontstaat.

De rest van de brandstof wordt alleen tijdens de compressiefase ingespoten, terwijl het zijn taak is om in de buurt van de bougie een goed ontstekend, rijker mengsel te creëren.

4. Modus met homogene werking en bescherming tegen pingelen van de motor

Deze modus is vooral bedoeld voor hoge belastingen bij lage motortoerentallen, waarbij pingelen van de motor kan optreden. In deze modus wordt opnieuw gebruik gemaakt van dubbele brandstofinjectie, net als in de vorige modus.

Zo wordt tijdens de compressiefase een tweede batch brandstof geïnjecteerd, waardoor de temperatuur en druk in de verbrandingskamer worden verlaagd, waardoor detonatieverbranding wordt voorkomen.

5. Gelaagde mixmodus

In deze modus wordt tijdens de compressieslag brandstof in de verbrandingskamer geïnjecteerd, kort voordat de bougie het mengsel met een vonk ontsteekt.

De brandstof heeft geen tijd om goed met de lucht te mengen en de motor werkt met een arm mengsel, waarbij de lucht-brandstofverhouding λ > 1 is, maar er zit wel een goed ontvlambaar mengsel in de omgeving van de bougie , die wordt ontstoken door een vonk.

In deze modus wordt ook intensief gebruik gemaakt van de recirculatie van uitlaatgassen uit eerdere cycli, verzorgd door de EGR-klep.

Simpel gezegd bevindt zich in het gebied van de bougie een goed ontvlambaar mengsel, en in andere delen van de verbrandingskamer bevindt zich een mager mengsel van uitlaatgassen uit eerdere cycli. De gelaagde mengmodus is geschikter voor lagere tot gemiddelde motortoerentallen.

6. Modus met gelaagd mengsel en verwarming van de katalysator

Deze modus wordt alleen gebruikt om de katalysator tot de bedrijfstemperatuur te verwarmen. Het werkingsprincipe van de motor tijdens deze modus is hetzelfde als in de vorige modus, op één verschil na.

Tijdens het uitzetten wordt er nog een brandstof in de verbrandingskamer geïnjecteerd, waardoor de temperatuur in de uitlaatpijp stijgt en daarmee ook de temperatuur van de katalysator.

Verbranding van gestratificeerd mengsel

Om de kwaliteit van het verbrandingsproces bij een gelaagd mengsel te waarborgen is het noodzakelijk om de vorm van de verbrandingskamer, de onderkant van de zuiger, de onderlinge ligging van de bougie en de injector, maar ook de snelheid van de luchtstroom op elkaar af te stemmen. de richting, de vorm en het juiste moment van de injectie van de brandstofstraal.

De verbranding van een gelaagd mengsel kan daarom worden onderverdeeld in:

  • Verbranding geleid door een brandstofstraal - de brandstof moet dichtbij de bougie worden geïnjecteerd
  • Verbranding geleid door de wanden van de verbrandingskamer - de brandstof wordt in de luchtstroom geïnjecteerd , die dankzij de juiste vorm van de wandcilinders en de onderkant van de zuiger het mengsel van brandstof en lucht op het juiste moment naar de bougie zal brengen.

Bouwoplossing voor gelaagde mengselbereiding:

  1. Directe injectie met bougies en injectoren dicht bij elkaar
  2. Directe injectie met bougies en injectoren ver uit elkaar

1. Directe injectie met bougies en injectoren dicht bij elkaar

In deze ontwerpoplossing voor gelaagde mengselbereiding wordt gebruik gemaakt van straalgeleide verbranding. De injector injecteert daarom brandstof in de verbrandingskamer, terwijl de brandstofstraal rechtstreeks het gebied van de bougie-elektroden raakt.

Voordelen:

  • De grote gelaagdheid van het mengsel door het spuiten rond de kaarsen, waardoor het mengsel eromheen altijd voldoende rijk is, maar in de rest van de stookruimte een extreem mager mengsel aanwezig is.

Nadelen:

  • Het bereiden van het mengsel kost weinig tijd, waardoor de kwaliteit ervan afneemt
  • Afhankelijkheid van de balkvorm van de compressiedruk
  • Problemen met koude motorstart
  • Hoge eisen aan injectoren

2. Directe injectie met bougies en injectoren ver uit elkaar

Bij deze structurele oplossing van gelaagde bereiding van het mengsel wordt gebruik gemaakt van verbranding geleid door de wanden van de verbrandingskamer.

Voordelen:

  • Langere tijd om het mengsel te bereiden, waardoor de kwaliteit ervan toeneemt
  • Betere menging van brandstof en lucht (minder stratificatie)

Nadelen:

  • De gelaagdheid van het mengsel wordt bevorderd door de vorm van de verbrandingskamer.
  • Bij grote turbulentie in de verbrandingskamer wordt de vereiste gelaagdheid van het mengsel niet bereikt.

Voordelen van een benzinemotor met directe injectie

  • Hogere motorprestaties
  • Lager brandstofverbruik (15 tot 30%)
  • Nauwkeurige brandstofdosering

Nadelen van een benzinemotor met directe injectie

  • Lagere betrouwbaarheid
  • Veeleisendere constructie
  • Er worden meer stikstofoxiden en vaste deeltjes geproduceerd bij het verbranden van een inhomogeen mengsel.
Labels: directe injectie directe brandstofinjectie benzinemotor benzinemotor met directe injectie homogeen mengsel gelaagd mengsel