Einspritzvorgang
Einspritzdüsen
Das Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinderraum erfolgt durch die
Einspritz-düsen. Sie müssen den unter Hochdruck zugeführten Kraftstoff fein
zerstäubt und dosiert in den Brennraum einspritzen. Sie sitzen in den einzelnen
Zylindern und sind durch Hochdruckleitungen mit der Einspritzpumpe verbunden.
Länge und Lochdurchmesser sowie Strahlrichtung und Lochform der
Einspritz-düsen beeinflussen die Kraftstoffaufbereitung und damit Leistung,
Kraftstoffver-brauch und Schadstoffemission des Motors. Man unterscheidet
grundsätzlich Drosselzapfen- und Lochdüsen.
Das Einspritzen des Kraftstoffs durch die Düse ist nur dann möglich,
wenn der Kraftstoffdruck ausreichend hoch ist. Bei den Reihen- und
Verteilereinspritz-pumpen geschieht das bei jedem Förderhub, der einen
Hochdruckimpuls erzeugt. Bei den Einspritzsystemen PLD, PD und Common- Rail
wird der von der Pumpe erzeugte Hochdruck nur dann wirksam, solange das
Magnetventil schaltet.
Einspritzvorgang einer Lochdüse
1 Zulaufbohrung 2 Druckkammer
3 Druckfläche
(Druckschulter) 4 Sitzfläche (Kegelsitz)
5 Düsenkörper 6 Düsennadel 7 Düsenbohrungen
D Durchmesser Druckfläche d Durchmesser Sitzfläche
Fd Druckfederkraft Fh Hubkraft
Einspritzvorgang
Hat die Einspritzdüse einen Düsenhalter mit Druckfeder, dann drückt der
vom Pumpenkolben in die Hochdruckleitung geförderte Kraftstoff auf die
federbelasteten Düsennadel der Einspritzdüse. Wenn der Druck auf die Düsennadel
und damit die Kraft FH größer wird als die Druckfederkraft, dann öffnet die
Düsennadel die Bohrung (bei Mehrlochdüsen die Bohrungen). Der Kraftstoff wird
fein zerstäubt in die heiße Verbrennungsluft eingespritzt, wo er sich sofort
entzündet.
Nach Absinken des Kraftstoffdrucks drückt die Federkraft die Düsennadel
wieder nach unten, der überschüssige Kraftstoff fließt wieder über die
Kraftstoff- Überströmleitung zurück in den Kraftstoffbehälter.
Die Düsennadel muss absolut dicht schließen, damit Nachtropfen vermieden
wird. Sie muss außerdem das Einspritzsystem gegen die heißen, unter hohem Druck
stehenden Abgase abdichten. Um bei geöffneter Einspritzdüse ein Rückblasen der
Abgase zu verhindern, muss der Druck in der Druckkammer stets höher sein als
der Verbrennungsdruck. Die exakte Abstimmung von Einspritzpumpe, Einspritzdüse
und Druckfeder ist deshalb besonders wichtig.
Bei Einzelelementen mit Magnetventil bestimmt ein elektronisches
Steuergerät über das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse und legt damit den
Einspritzbeginn und die Einspritzdauer fest.
Drosselzapfendüse
Die Drosselzapfendüse erzeugt einen koaxialen Strahl, die Düsennadel
öffnet nach innen. Im Bereich sehr kleiner Nadelhübe zeigen Drosselzapfendüsen
einen sehr flachen Querschnittsverlauf.
Drosselzapfendüsen werden nur in Dieselmotoren mit Nebenkammermotoren
verwendet.
Lochdüse
Die unter verschiedenen Winkeln angebrachten Spritzlöcher einer Lochdüse
müssen auf den jeweiligen Brennraum abgestimmt sein.
Im Gegensatz zu Drosselzapfendüsen steigt der Querschnitt bei Lochdüsen
schon bei seht kleinen Hüben unmittelbar nach dem Öffnen stark an.
Lochdüsen kommen vor allem in Nfz Dieselmotoren mit Direkteinspritzung
zum Einsatz.
Strahlausbildung einer 6Loch- Düse
Common- Rail- Injektor
Das Common- Rail- System steuert den Einspritzvorgang über ein extrem
schnelles Magnetventil im Injektor. Wenn in der Magnetspule elektrischer Strom
fließt, bewegt sich der Anker des Magnetventils mit der Ventilkugel nach oben
und öffnet die Ablaufdrossel. Durch den Kraftstoffrücklauf sinkt der Druck im
Steuerraum auf den Steuerkolben und die Düsennadel öffnet.
Bei stromloser Magnetspule drückt die Ventilfeder den Anker des
Magnetventils mit der Ventilkugel wieder nach unten und schließt die
Ablaufdrossel. Dadurch steigt der Druck im Steuerraum und die Düsennadel wird
über den Steuerkolben geschlossen.
Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wird von der
Zulaufdrossel im Steuerraum des Injektors bestimmt. Die genaue Einspritzmenge
ergibt sich aus dem Ausflussquerschnitt der Düsen, der Öffnungsdauer des
Magnetventils und dem Kraftstoff- Hochdruck.
Verbrennungsdruckverlauf
Die Aufteilung der Einspritzmenge in den Vor- und Haupteinspritzung
sorgt für eine leisere Verbrennung. Der Vergleich der Verbrennungsdruckverläufe
mit und ohne Voreinspritzuzung zeigt den wesentlich gleichmäßigeren Anstieg des
Druckverlaufs mit Voreinspritzung.
Verbrennungsdruckverlauf
A Verbrennungsdruckverlauf
ohne Voreinspritzung
B Verbrennungsdruckverlauf
mit Voreinspritzung
Einspritzvorgang beim Common- Rail
1 Elektrischer Anschluss 2 Magnetspule 3 Zulaufdrossel
4 Steuerraum 5 Hochdruck- Dichtring
6 Kraftstoffzulauf vom Hochdruckverteiler
7 Injektorkörper 8 Düsenfeder 9 Druckstück
10 Düsennadel 11 Kraftstoffrücklauf
12 Steuerkolben 13 Ablaufdrossel 14 Ventilkugel
15 Anker der Magnetspule 16 Ventilfeder