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

Brandstof wordt tijdens de inlaat- of compressieslag rechtstreeks in de cilinder geïnjecteerd met behulp van de injectiekleppen, verneveld en verdampt voordat de bougie het mengsel met een vonk ontsteekt.

Direct ingespoten benzinemotorfunctie

Een motor met vonkontsteking met 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 de condensatie van brandstof op de wanden van de inlaatleiding. Ook de timing van de brandstofinjectie, evenals de hoeveelheid brandstof die wordt ingespoten, is zeer nauwkeurig, waardoor het brandstofverbruik wordt verminderd.

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

1. Modus met een homogene menging
2. Modus met de homogene werking en arm mengsel
3. Modus met de homogene werking en gelaagde vulling
4. Modus met homogene werking en bescherming tegen motorkloppen
5. Modus gelaagde menging
6. Modus met gelaagd mengsel en katalysatorverwarming

1. Modus met een homogeen mengsel

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

Verwandter Artikel - 

Stoichiometrisch mengsel: wat voor soort mengsel is het?

In deze benzinemotormodus met directe injectie verschillen het verloop van de verbranding, het brandstofverbruik, 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 gelaagd vullen ontnemen, daarom wordt deze modus vooral gebruikt bij hoge motortoerentallen en -belastingen.

2. Modus met de 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 hogere vulefficiëntie, 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 de 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 afgegeven aan de verbrandingskamer, waardoor een homogeen mengsel ontstaat.

Verwandter Artikel - 

Lucht-brandstofverhouding: hoe beïnvloedt dit de motorprestaties?

De rest van de brandstof wordt alleen tijdens de compressie -fase ingespoten, terwijl het zijn taak is om een ​​goed ontstekend rijker mengsel te creëren in het gebied van de bougie.

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

Deze modus is in de eerste plaats bedoeld voor hoge belastingen bij lage motortoerentallen wanneer motor kloppen kan optreden. In deze modus wordt weer dubbele brandstofinjectie gebruikt, net als in de vorige modus.

Verwandter Artikel - 

Motorontploffing: wat is het en hoe voorkom je het?

Tijdens de compressiefase wordt dus een tweede batch brandstof ingespoten, waardoor de temperatuur en druk in de verbrandingskamer worden verlaagd, waardoor ontbranding door ontploffing wordt voorkomen.

5. Gelaagde mixmodus

In deze modus wordt tijdens de compressieslag brandstof in de verbrandingskamer gespoten net voordat de bougie het mengsel met een vonk ontsteekt.

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

Verwandter Artikel - 

EGR-klep: wat gebeurt er als deze niet goed werkt?

In deze modus wordt ook intensief gebruik gemaakt van de recirculatie van uitlaatgassen van vorige cycli, geleverd door de EGR-klep.

Simpel gezegd, er is een goed ontvlambaar mengsel in het gebied van de bougie en in andere delen van de verbrandingskamer is er een arm mengsel van uitlaatgassen van vorige cycli. De gelaagde mengmodus is meer geschikt voor lagere tot gemiddelde motortoerentallen.

6. Modus met het gelaagde mengsel en verwarming van de katalysator

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

Verwandter Artikel - 

Katalysator: wat is zijn functie en hoe kan hij beschadigd raken?

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

Verbranding van gelaagd mengsel

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

De verbranding van een gelaagd mengsel is dus onder te verdelen in:

• Verbranding geleid door een brandstofstraal - de brandstof moet in de buurt van de bougie worden ingespoten
• Verbranding geleid door de verbrandingskamerwanden - 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.

Constructieoplossing van 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 van gelaagde mengselbereiding wordt gebruik gemaakt van straalgeleide verbranding. De injector injecteert dus brandstof in de verbrandingskamer, terwijl de brandstofstraal direct het gebied van de bougie-elektroden raakt.

Voordelen:

• De grote gelaagdheid van het mengsel door sproeien rond de kaarsen, waardoor het mengsel eromheen altijd voldoende rijk is, maar in de rest van de verbrandingsruimte een uiterst mager mengsel is.

Nadelen:

• Het duurt een korte tijd om het mengsel te bereiden, wat de kwaliteit vermindert
• Afhankelijkheid van de straalvorm van 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 bereidingstijd van het mengsel, waardoor de kwaliteit 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 benzinemotor met directe injectie

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

Nadelen benzinemotor met directe injectie

• Lagere betrouwbaarheid
• Meer veeleisende constructie
• Er worden meer stikstofoxiden en vaste deeltjes geproduceerd bij het verbranden van een inhomogeen mengsel.