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

 


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