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Kraftstoffeinspritzung: Wie funktioniert die Gemischaufbereitung?

Fuel injection
Publié le Traduit avec l'aide de l'IA à partir de notre article original (source : autoride.io)

Die Kraftstoffeinspritzung ist eine Methode zur Herstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für Verbrennungsmotoren. Das Prinzip der Kraftstoffeinspritzung besteht darin, Kraftstoff durch eine kleine Öffnung oder Einspritzdüse in das Ansaugrohr, den Ansaugkanal, die Kammer, den Zylinder oder den Kompressionsraum einzuspritzen.

Um die bestmögliche Mischung zu erzeugen, wird der Kraftstoff vor der Düse auf einen höheren Druck komprimiert als der Druck im Raum, in den er eingespritzt wird. Durch den höheren Druck und die geringe Größe der Düse wird der Kraftstoff beim Einspritzen zerstäubt, wodurch die Gemischbildung beschleunigt werden kann.

Table des matières

Eine Ausnahme bildet das älteste pneumatische Einspritzsystem, bei dem Kraftstoff mit unverändertem Druck mittels eines Druckluftstroms durch eine Düse in den Brennraum gefördert wird. Heutzutage wird dieses Kraftstoffeinspritzsystem jedoch nicht mehr verwendet.

Die Einspritzvorrichtung sorgt für die Kraftstoffeinspritzung. Dieser dient dem Transport und der Zerstäubung von Kraftstoff und hat die Aufgabe, die Zufuhr der genauen Kraftstoffmenge zum richtigen Zeitpunkt entsprechend den aktuellen Anforderungen an die Leistung des Motors sicherzustellen.

Das Injektionsgerät besteht aus:

  • Kraftstofftank
  • Verbindungsrohr
  • Kraftstofftemperatursensor
  • Förderpumpe
  • Kraftstoffreiniger (Kraftstofffilter)
  • Einspritzpumpe
  • Auslassrohr
  • Kompressor
  • Druckluftbehälter
  • Drucktank
  • Druckregler
  • Einspritzer
  • Steuergerät
  • Sonstige Komponenten

Je nach Einspritzkonzept und Motortyp sind jedoch möglicherweise nicht immer alle aufgeführten Komponenten vorhanden.

Transportpumpe:

Es ist möglicherweise nicht bei allen Injektionsgeräten vorhanden. Bei einigen alten Einspritzgeräten wurde die Förderpumpe durch eine Höhenanordnung des Kraftstoffkreislaufs ersetzt, sodass der Kraftstofftank höher als die Einspritzpumpe lag.

Der Kraftstoff wurde vom Kraftstofftank zur Einspritzpumpe transportiert, sodass er durch die Schwerkraft geflutet wurde.

Kompressor und Druckluftbehälter:

Diese Komponenten waren nur beim pneumatischen Kraftstoffeinspritzsystem vorhanden, das, wie bereits erwähnt, heute nicht mehr verwendet wird.

Je nach Motorart, Konzept und Aufbau der Kraftstoffeinspritzung unterscheiden wir:

Kraftstoffeinspritzung für einen Benzinmotor:

1. Indirekte Kraftstoffeinspritzung

Es handelt sich um eine Methode zur Gemischaufbereitung für Zündmotoren. Bei der indirekten Einspritzung gelangt der Kraftstoff unter Druck durch die Düse, was zu einer feinen Zerstäubung des Kraftstoffs in kleine Partikel führt und für dessen schnelle Verdampfung sorgt.

Die Einspritzung und Gemischbildung erfolgt vor dem Einlassventil, Rohr oder Kanal. Da der Kraftstoff nicht direkt in den Zylinder eingespritzt wird, spricht man von indirekter Einspritzung.

Die Hauptaufgabe der indirekten Einspritzung besteht darin, ein möglichst homogenes Gemisch aus Kraftstoff und Luft im richtigen Verhältnis zu erzeugen. Für herkömmliche Ottomotoren, die mit einem Drei-Wege-Katalysator ausgestattet sind, ist das korrekte stöchiometrische Gemisch eines, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ = 1 ist.

2. Direkte Kraftstoffeinspritzung

Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt, was eine aktive Steuerung der Schichtbildung des Gemisches ermöglicht. Ein Ottomotor mit Direkteinspritzung verbrennt ein homogenes, aber auch ein inhomogenes (geschichtetes) Gemisch.

Ein homogenes Gemisch spritzt während des Ansaugtakts eine Kraftstoffdosis λ = 1 in den Brennraum ein. Bei einem geschichteten Gemisch wird der Kraftstoff während des Kompressionshubs in die gerührte Luft eingespritzt, wodurch im Bereich der Zündkerze ein lokal homogenes Gemisch entsteht.

In den anderen Räumen des Zylinders herrscht jedoch ein mageres Gemisch und der Luft-Kraftstoff-Wert ist daher λ > 1. Durch die Verbrennung mit Luftüberschuss (mageres Gemisch) kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden.

Kraftstoffeinspritzung für Dieselmotoren:

1. Indirekte (Kammer-)Kraftstoffeinspritzung

Bei der Kammereinspritzung wird der Kraftstoff in eine Kammer (im Zylinderkopf) eingespritzt, wo er sich aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks entzündet und in den Hauptbrennraum gelangt.

Dieselmotoren mit indirekter Kraftstoffeinspritzung haben einen höheren Kraftstoffverbrauch und eine geringere Leistung als Dieselmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung. Ihr Vorteil ist jedoch eine weniger anspruchsvolle Konstruktion und eine geringere Anfälligkeit für die Kraftstoffqualität.

2. Direkte Kraftstoffeinspritzung

Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt, wo er sich aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks entzündet. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffs erfolgt bei Dieselmotoren über ein Einspritzsystem mit Druckspeicher – ein Common Rail, kurz CR oder PD – Pumpe Duse-System (erzeugt hohen Druck direkt in den Einspritzdüsen).

Bei Benzinmotoren, bei denen die Gemischmenge die Motorleistung reguliert, hat die Kraftstoffeinspritzung im Vergleich zur Gemischaufbereitung mit Vergaser mehrere Vorteile, wie z. B. höhere Motorleistung, geringeren Kraftstoffverbrauch, geringere Emissionen und eine gleichmäßigere Verteilung des Gemischs Mischung.

Vergaser dienen zum Mischen von Luft und Kraftstoff in der erforderlichen Menge und im erforderlichen Verhältnis entsprechend der Motorlast und seiner Drehzahl. Die Motorleistung wird durch eine direkte Luftstromsteuerung reguliert, die den Kraftstofffluss indirekt steuert, da der Vergaser sie in einem konstanten Verhältnis mischt.

Allerdings regelt der Dieselmotor die Leistung direkt über die Kraftstoffmenge, sodass es keine Vergaserdieselmotoren gibt.