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Ottomotor

Benzin-Direkteinspritzung - GDI

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GDI Motor im Schnitt 

(Bild: eigenes)

 Der GDI (Gasoline Direct Injection)

von Mitsubishi

war der weltweit erste (1997) in Serie gebaute Benzinmotor mit Direkteinspritzung.

Leider konnte sich die noch nicht ganz ausgereifte Technik wegen technischer Probleme während der Laufzeit des Systems nicht durchsetzen. 

Mittlerweile bieten viele Hersteller ähnliche Systeme an.

Er ist im Prinzip

  • leistungsfähiger als ein herkömmlicher Benzin-Einspritzer, 

  • wirtschaftlicher als ein Diesel und 

  • sauberer als beide.

Benzin-Dirketeinspritzung: 

Der Kraftstoff wird mit einem hohen Druck genau dort eingespritzt, wo die Leistung entsteht: Im Brennraum des Motors.

GDI Prinzip

Das Prinzip ähnelt einem Diesel: Luft wird angesaugt und Kraftstoff in die verdichtete Luft gespritzt.
 

Die Benzineinspritzung erfolgt unter hohem Druck, in Verbindung mit der Mulde im Kolbenboden gelingt so eine kontrollierte Gemischschichtung. 

Fazit: 

  • höhere Verdichtung, 

  • extrem mageres Gemisch, 

  • weniger Verbrauch,

  • mehr Leistung,

  • höheres Drehmoment,

  • reduzierte Emissionen.
(Bild: Mitsubishi)

links Sparmodus - rechts Leistungsmodus

Mitsubishi unterscheidet einen Sparmodus und einen Leistungsmodus. 

  • Im Sparmodus (Teillast) wird mit einem Kraftstoff-Luftgemisch von etwa 1:40 gefahren. 

  • Dieses Gemisch wäre bei homogener Gemischbildung nicht zündfähig. 

  • Um Drosselverluste zu vermeiden, wird die Luft über ein Bypass-Ventil angesaugt. 

  • Beim Ansaugen wird die Luft in eine Drallbewegung versetzt. 

  • Im anschließenden Verdichtungstakt wird die Luft durch die Nasenform des Kolbens zur Zündkerze hin umgelenkt. Es entsteht eine zusätzlich walzenförmige Tumble-Bewegung. 

  • In diese Walze wird der Kraftstoff am Ende des Verdichtungstaktes eingespritzt. Eine Drallscheibe in der Düse sorgt für eine sehr feine Zerstäubung des Kraftstoffs. 

  • Es bilden sich verschiedene Schichten des Kraftstof-Luftgemisches (Schichtladung). 

  • Um die Zündkerze herum bildet sich ein fettes zündfähiges Gemisch. 

  • Außen herum wird das Gemisch magerer. 

  • Ganz außen kann sogar reine Luft bzw. Abgas der Abgasrückführung vorhanden sein. 

  • Das Gemisch wird durch die Zündkerze sicher entflammt und verbrennt mühelos auch die mageren Schichten. 

  • Insgesamt läuft der Motor im Teillastbereich sehr mager und spritsparend. 

  • Man nennt diese Art der Verbrennung auch wandgeführtes Brennverfahren. 

  • Ein Denox-Kat und Abgasrückführungsraten bis 40% sind nötig, um die höheren NOx-Werte zu senken.

Schema GDI Mitsubishi

Schema GDI Mitsubishi

  • Speziell geformte Nasen-/Muldenkolben lassen das fein verstäubte Kraftstoff-/Luftgemisch gleichmäßig verteilen.

  • Im Leistungsmodus (obere Teillast und Volllast) ist das Bypassventil geschlossen, da ja die Drosselklappe nun weit genug geöffnet ist. 

  • Der Kraftstoff wird bereits im Ansaugtakt  mit einem breiten Kegel eingespritzt. 

  • Hier schiebt der Nasenkolben nun das Gemisch Richtung Kolben. 

  • Der Motor fährt im Homogenbetrieb, mit einem Kraftstoff-Luftgemisch von 14,8:1. 

  • Dieses Verfahren könnte man auch als strahlgeführtes Brennverfahren bezeichnen. 

  • Insgesamt ist hier die Innenkühlung besser und der Füllungsgrad höher. 

  • Kraftstoffersparnisse sind hier trotz verbesserter Innenkühlung und dem höherem Verdichtungsverhältnis jedoch nicht zu erwarten.

Diagramm Lambdawerte GDI

NOx und Kraftstoff/Luftverhältnis

Deutlich zu erkennen: die Reduzierung des Stickoxids besonders mit Abgasrückführung und Reduktionskatalysator.

GDI Schema
 

GDI-Schema

Infos und Bilder von Mitsubishi und Technikprofi

GDI von Hyundai

Auszug aus Wikipedia:

Mitte 2010 erhielt die 1,6-L-Version eine GDI benannte Direkteinspritzung (Gasoline Direct Injection). Dieser Motor wird seit November 2010 im Hyundai ix35 und Kia Sportage SL angeboten. Bei der konventionellen Einspritzung für Ottomotoren befindet sich das Einspritzventil im Saugrohr vor dem Einlassventil. Bei steigenden Drehzahlen wird jedoch die Öffnungszeit des Ventils und damit das Zeitfenster zum Einbringen des Kraftstoffs immer kürzer. Bei der Direkteinspritzung wird daher direkt in den Zylinder eingespritzt.

Hyundai verwendet wie die meisten Mitbewerber GDI zur homogenen, stöchiometrischen Gemischbildung und verzichtet auf eine inhomogene Schichtladung (stratified fuel charge). Letztere geht mit systembedingten Nachteilen einher, so etwa deutlich erhöhten Feinstaubwerten. Gestartet wird mit einer Piloteinspritzung und -zündung, um den Kolben in Bewegung zu setzen. Während dessen Abwärtsbewegung folgt die schubgebende eigentliche Kraftstoffeinspritzung und -zündung. Durch diese präzisere, da direkt im Zylinder erfolgende, Kraftstoffzufuhr konnte die Kompresssionsrate im Zylinder von 10,5 auf 11,5 zu 1 erhöht werden. Sie führt zu einer etwa fünfprozentigen Kraftstoffersparnis und bewirkt zudem eine höhere Abgastemperatur. Hiervon profitiert der sich schneller erwärmende Katalysator, der so die Emissionen während der Kaltstartphase um ein Viertel reduzieren kann. Der höhere Einspritzdruck von 150 bar (ohne GDI etwa 5 bar) bewirkt zudem eine homogenere Kraftstoffzerstäubung und damit eine sauberere Verbrennung. Er geht einher mit einem systemtypischen Tickgeräusch. ...



Johannes Wiesinger
bearbeitet:

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