En gnisttændingsmotor med direkte brændstofindsprøjtning er en type stempelforbrændingsmotor, der i modsætning til en gnistmotor med enkeltpunkts eller multipunkts brændstofindsprøjtning eller karburatormetode til blandingsforberedelse ikke brænder kun en homogen blanding.

Brændstof sprøjtes direkte ind i cylinderen under indsugnings- eller kompressionsslaget ved hjælp af indsprøjtningsventilerne, forstøver og fordamper det, før tændrøret antænder blandingen med en gnist.

Benzinmotorfunktion med direkte indsprøjtning

En gnisttændingsmotor med direkte brændstofindsprøjtning skaber kun en fungerende blanding af brændstof og luft i forbrændingskammeret, hvilket betyder, at det er en intern skabelse af blandingen.

Med denne metode til fremstilling af blandingen er der ingen kondenstab forårsaget af kondensering af brændstof på indsugningsrørets vægge. Timingen af ​​brændstofindsprøjtningen, såvel som mængden af ​​indsprøjtet brændstof, er også meget præcis, takket være hvilket brændstofforbruget reduceres.

Afhængigt af belastning, omdrejninger, motortemperatur og andre parametre fungerer gnisttændingsmotoren med direkte indsprøjtning i forskellige tilstande med forskellige blandingssammensætninger:

1. Mode med en homogen blanding
2. Mode med homogen drift og mager blanding
3. Mode med homogen drift og lagdelt fyldning
4. Mode med homogen drift og beskyttelse mod motorbank
5. Lagdelt blandingstilstand
6. Mode med den lagdelte blanding og opvarmning af katalysator

1. Mode med en homogen blanding

I denne tilstand indsprøjtes brændstoffet allerede under indsugningsslaget, takket være hvilket der opnås tilstrækkelig tid til at skabe en ensartet sammensat blanding. I dette tilfælde er det en støkiometrisk blanding λ = 1, hvor brændstoffet er fuldstændig forbrændt i hele dets volumen.

Article associé - 

Støkiometrisk blanding: Hvilken type blanding er det?

I denne benzinmotortilstand med direkte indsprøjtning er forbrændingsforløbet, brændstofforbruget, emissioner og andre parametre ikke meget forskellige fra en benzinmotor med flerpunktsindsprøjtning.

Denne tilstand er universel, uanset motorhastighed, temperatur eller belastning. Dette ville dog fratage motoren fordelene ved lagdelt fyldning, hvorfor denne tilstand hovedsageligt bruges ved høje motorhastigheder og belastninger.

2. Mode med den homogene operation og magre blanding

I denne tilstand opnår benzinmotoren med direkte indsprøjtning et lavere brændstofforbrug end i tilstanden med en homogen blanding på grund af en højere påfyldningseffektivitet, fordi drosselventilen åbnes mere end i tilstanden med en homogen blanding.

Sammensætningen af ​​blandingen i dette regime er 1 < λ < 2.

3. Mode med den homogene operation og lagdelt fyld

I denne tilstand når luft-brændstofforholdet værdien λ > 2, og brændstoffet indsprøjtes to gange. Under den første indsprøjtning, som finder sted under indsugningsslaget, bliver omkring en fjerdedel af brændstofladningen pr. cyklus leveret til forbrændingskammeret, hvilket skaber en homogen blanding.

Article associé - 

Luft-brændstofforhold: Hvordan påvirker det motorens ydeevne?

Resten af ​​brændstoffet indsprøjtes kun under kompressionsfasen, mens dens opgave er at skabe en velantændende rigere blanding i området omkring tændrøret.

4. Mode med homogen drift og beskyttelse mod motorbankning

Denne tilstand er primært beregnet til høje belastninger ved lave motoromdrejningstal, når motorbanke kan forekomme. I denne tilstand bruges dobbelt brændstofindsprøjtning igen som i den forrige tilstand.

Article associé - 

Bankende forbrænding: Hvad er det, og hvordan forebygger man det?

En anden batch brændstof indsprøjtes således under kompressionsfasen, hvilket reducerer temperaturen og trykket i forbrændingskammeret og forhindrer således detonationsforbrænding.

5. Layered mix mode

I denne tilstand sprøjtes brændstof ind i forbrændingskammeret under kompressionsslaget lige kort før tændrøret antænder blandingen med en gnist.

Brændstoffet når ikke at blande sig godt med luften, og motoren arbejder med en mager blanding, hvor luft-brændstofforholdet er λ > 1, men der er en letantændelig blanding i området ved tændrør, som antændes af en gnist.

Article associé - 

EGR-ventil: Hvad sker der, hvis den ikke fungerer korrekt?

I denne tilstand bruges recirkulation af udstødningsgasser fra tidligere cyklusser, leveret af EGR-ventilen, også intensivt.

Kort sagt er der en letantændelig blanding i tændrørsområdet, og i andre dele af forbrændingskammeret er der en mager blanding af udstødningsgasser fra tidligere cyklusser. Den lagdelte blandingstilstand er mere velegnet til lavere til mellemstore motorhastigheder.

6. Mode med den lagdelte blanding og opvarmning af katalysator

Denne tilstand bruges kun til at opvarme katalysatoren til dens driftstemperatur. Motordriftsprincippet i denne tilstand er det samme som i den foregående tilstand bortset fra en forskel.

Article associé - 

Katalysator: Hvad er dens funktion, og hvordan kan den blive beskadiget?

Under udvidelsen sprøjtes endnu et brændstof ind i forbrændingskammeret, hvorved temperaturen i udstødningsrøret stiger og dermed også temperaturen på katalysatoren.

Forbrænding af lagdelt blanding

For at sikre kvaliteten af ​​forbrændingsprocessen med en lagdelt blanding er det nødvendigt at harmonisere formen af ​​forbrændingskammeret, bunden af ​​stemplet, den indbyrdes placering af tændrøret og injektoren, men også hastigheden af luftstrøm, retningen, formen og det rigtige tidspunkt for indsprøjtningen af ​​brændstofstrålen.

Forbrænding af en lagdelt blanding kan derfor opdeles i:

• Forbrænding styret af en brændstofstråle - brændstoffet skal indsprøjtes nær tændrøret
• Forbrænding styret af forbrændingskammerets vægge - brændstoffet sprøjtes ind i luftstrømmen , som takket være den passende form af vægcylindrene og bunden af ​​stemplet vil bringe blandingen af ​​brændstof og luft til tændrøret på det rigtige tidspunkt.

Konstruktionsopløsning af lagdelt blandingsforberedelse:

1. Direkte indsprøjtning med tændrør og injektorer tæt sammen
2. Direkte indsprøjtning med tændrør og injektorer langt fra hinanden

1. Direkte indsprøjtning med tændrør og injektorer tæt sammen

I denne designløsning af lagdelt blandingsforberedelse anvendes strålestyret forbrænding. Injektoren sprøjter derfor brændstof ind i forbrændingskammeret, mens brændstofstrålen direkte rammer tændrørselektroderne.

Fordele:

• Den store lagdeling af blandingen på grund af sprøjtning omkring stearinlysene, takket være hvilken blandingen omkring dem altid er tilstrækkelig rig, men i resten af ​​forbrændingsrummet er der en ekstremt mager blanding.

Ulemper:

• Det tager kort tid at forberede blandingen, hvilket reducerer dens kvalitet
• Afhængighed af bjælkeformen af ​​kompressionstryk
• Problemer med kold motorstart
• Høje krav til injektorer

2. Direkte indsprøjtning med tændrør og injektorer langt fra hinanden

I denne strukturelle opløsning af lagdelt forberedelse af blandingen anvendes forbrænding styret af forbrændingskammerets vægge.

Fordele:

• Længere tid til at forberede blandingen, hvilket øger dens kvalitet
• Bedre blanding af brændstof og luft (mindre lagdeling)

Ulemper:

• Lagdelingen af ​​blandingen er hjulpet af formen af ​​forbrændingskammeret
• I tilfælde af stor turbulens i forbrændingskammeret opnås den nødvendige lagdeling af blandingen ikke

Fordele ved benzinmotor med direkte indsprøjtning

• Højere motorydelse
• Lavere brændstofforbrug (15 til 30%)
• Præcis brændstofdosering

Ulemper ved benzinmotor med direkte indsprøjtning

• Lavere pålidelighed
• Mere krævende konstruktion
• Der produceres flere nitrogenoxider og faste partikler ved afbrænding af en inhomogen blanding.