Zusammenfassung und Vergleich der
Direkteinspritzung gegenüber der Saugrohreinspritzung:
Es soll versucht werden, die die direkte und
die indirekte Benzineinspritzung gegenüber zu stellen und zu
vergleichen. Welche Vorteile und welche Nachteile bieten die
Benzindirekteinspritzer?
Luftströmung im Zylinder - Vergleich direkte und indirekte
Einspritzung
Direkte Einspritzung
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Indirekte Einspritzung
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Einspritzung in den Brennraum
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Einspritzung vor das Einlassventil/Saugrohr
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Einspritzventil direkt über dem Brennraum (GDI)
bzw. unter dem Einlasskanal im Zylinderkopf (FSI)
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Einspritzventil im Saugrohr
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durch die Verdampfung des Kraftstoffs im Brennraum wird der Umgebung
Verdampfungswärme entzogen (Kühlschrank-Prinzip) - dies führt zu einer
stärkeren Innenkühlung: das Verdichtungsverhältnis kann angehoben werden
(Audi 11,5:1) bereits im Homogenbetrieb!
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geringere Innenkühlung, niedrigeres Verdichtungsverhältnis, niedrigerer
Wirkungsgrad
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Ansaugung von Luft in den Brennraum, Luft wird durch Drallkanal (GDI)
bzw. Tumblebleche (FSI) verwirbelt bzw. geschichtet, Einspritzung erst
am Ende des Verdichtungstaktes (Ausnahme Volllast)
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Vermischung von Kraftstoff und Luft im Saugrohr
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Schichtladebetrieb: an der Zündkerze
entsteht immer ein zündfähiges Gemisch, ansonsten verschiedenste
Mischungsverhältnisse im Brennraum bis hin zu reiner Luft
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Zündfähigkeit beschränkt, stöchiometrisches
Verhältnis von 14,7:1 erforderlich (Kat!)
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Verbrennung auch bei Luftüberschuss, besserer
Wirkungsgrad
da Wärmeverluste an der Brennraumwand durch die isolierende Luft
vermieden werden, Drosselklappe kann weit geöffnet werden, deshalb
geringere Drosselverluste und dadurch
niedrigerer Verbrauch
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Im Teillastbetrieb (geringe Leistung) starke
Drosselung erforderlich: schlechtere Verbrennung, schlechter
Teillastverbrauch, Drosselklappe stört,
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Bei höherer Teillast und Volllast
homogenes Gemisch (gleichmäßig verteilt), Einspritzung während Ansaugen,
höhere Zylinderfüllung, niedrigere Verdichtungstemperatur, dadurch
höhere Verdichtung (12:1) möglich, besseres Drehmoment und Leistung
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Bei Volllast Anfettung
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Größter Nachteil der
Direkteinspritzung:
Schichtladung = Luftüberschuss
bei Teillast = hoher NOx-Anteil im Abgas
Deshalb sind bei Benzindirekteinspritzern grundsätzlich sehr
aufwändige Maßnahmen zu treffen, um den Stickoxidanteil zu
senken.
Maßnahmen:
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Bei Speicherung des
NOx im Kat (Laden) - Umwandlung in N2 -
Zur Entladung des Kats kurzzeitige Anfettung u.
Temperaturerhöhung des Motors erforderlich.
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(30%-40%
AGR-Rate) führt zur Senkung der
Brennraumtemperatur, vermindert
Ladungswechselverluste und verbessert den
Wirkungsgrad
Schwefel im Kraftstoff führt zu schädlichen
Ablagerungen im Speicher-Kat, macht eine Regeneration des Kats
erforderlich Anfettung des Motors erforderlich,
erhöht aber den Verbrauch |
Fazit:
Die
Benzin-Direkteinspritzung
scheint die bessere
Lösung für die Zukunft
zu werden. Sie wird
voraussichtlich
mittelfristig die
indirekte Einspritzung
ablösen, analog zur
Entwicklung beim Diesel.
Die Probleme sind aber
nicht einfach zu lösen.
Welcher Lösungsweg der
bessere sein wird, muss
sich zeigen. Der Weg zum
schwefelarmen Kraftstoff
ist bereits
vorgezeichnet, allein
die Umsetzung in der
restlichen Welt geht
etwas langsam voran (Die
moderne
Dieseltechnologie
verlangt auch
schwefelarmen
Kraftstoff). Seit 2003
bieten alle deutschen
Tankstellen
schwefelarmen Kraftstoff
(<10 ppm) an.
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Die Praxis hat in den ersten Jahren seit der Einführung
des Benzin-Di aber auch gezeigt, dass die versprochenen
Verbrauchs-Einsparungen nicht gehalten werden konnten. Nur im Schichtlademodus
entwickelt der DI sein wahres Können. Dies wird aber im Fahralltag nicht immer
erreicht. Hier ist natürlich auch ein Umdenken des Fahrers nötig, der sein
Gaspedal und seinen Schalthebel richtig einsetzen müsste.
Einige Hersteller verzichten deshalb auf den
Schichtlademodus und fahren nur im Homogenbetrieb.
Viel
verspricht man sich auch von der strahlgeführten Einspritzung des Benzins, die
nicht die Nachteile des zerklüfteten Brennraums hat. (s.a.
Brennverfahren)
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Siemens Piezodüse für die BDI
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Autor:
Johannes Wiesinger
bearbeitet:
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