Benzin-Direkteinspritzer – Hochdruckerzeugung und -regelung
Die Hochdruckerzeugung findet derzeit ausschließlich durch mechanisch angetriebene Ein- oder Mehrzylinder-Hubkolbenpumpen mit unterschiedlichen Antriebskonzepten statt.
Die Reihenpumpe
Historisch gesehen ist das Prinzip der Reihenpumpe das älteste und damals aus enger technologischer Anlehnung an die bereits schon existierende Hochdruck-Diesel-Einspritztechnik entstanden. Nachteilig ist hier die erforderliche Baugröße aufgrund der Nockenwelle. Diese weist für jedes Pumpenelement einen Nocken auf. Erschwerend hinzu kommt die Gefahr der Leckagemengen bedingten Ölverdünnung hinzu. Diese steigt mit der Anzahl der Pumpenelemente an, da die Nockenwelle vom Motorölkreislauf mitgeschmiert wird.
Die Axialkolbenpumpe
Weitaus weniger platzaufwendig sind demgegenüber Axialkolbenpumpen und die Dreizylinder-Radialkolbenpumpen. Bei beiden Bauarten ist die prinzipbedingte Leckagemenge durch die Mehrkolbenausführung ebenfalls relativ hoch, sodass bei der Mehrzahl der heutigen Systeme Einzylinder-Radialkolbenpumpen eingesetzt werden. Mit Ausnahme einiger ölgeschmierter Axialkolben-Hochdruckpumpen werden alle anderen Hubkolbenpumpen durch den Kraftstoff mitgeschmiert.
Der Kraftstoff dient ebenso zur Kühlung und Dämpfung. Aufgrund der Abdichtung muss eine Vermischung von Öl und Kraftstoff vermieden werden. Damit ist ein Zerlegen und Instandsetzen von Hochdruckpumpen nicht zulässig. Sollten die benötigten Volumenströme größer sein, so ist der Einsatz von Axialkolbenpumpen wie bei Porsche und BMW vorteilhaft. Ansonsten werden derzeit aber in solchen Fällen vorwiegend zwei Einzylinder-Radialkolbenpumpen verbaut.
Die Hochdruckpumpe
Die Hochdruckpumpe (HDP) hat die Funktion, den von der elektrischen Kraftstoffpumpe (EKP) mit einem Vorförderdruck von 3 – 7 bar gelieferten Kraftstoff in ausreichender Menge auf den für die Hochdruckeinspritzung erforderlichen Druck von 30–200 bar zu verdichten. Durch den direkten Antrieb der Hochdruckpumpen über die Nockenwelle verhält sich die geförderte Kraftstoffmenge proportional zur Motordrehzahl. Die Antriebsnockenzahl variiert bei Einzylinderpumpen auch in Abhängigkeit des Ansteuerkonzepts der Druckregelung zwischen zwei und vier Nocken. Dabei bewirkt eine möglichst geringe Förderstrompulsation eine niedrige Pulsation im Rail.
Motorstart
Beim Starten des Motors wird der Kraftstoff zunächst mit dem Vorförderdruck eingespritzt. Mit dem Hochlauf des Motors wird erst der Hochdruck aufgebaut und die Einspritzung umgeschaltet. Unter dem Zwang der strengeren Abgasnormen werden neuere Systeme mit einem Hochdruckstart anlaufen.
Das heißt, dass ab der ersten Sekunde der Startphase die Pumpe einen Druck von 25 – 70 bar aufbauen muss. Nur so können die Injektoren vom Motorsteuergerät die Startfreigabe erhalten und fein zerstäubten Kraftstoff in den Verdichtungstakt einspritzen.
Der Startfreigabedruck ist von der Temperatur, der Startdrehzahl und der letzten Standdauer abhängig. Erfolgt nach einer definierten Startzeit nicht der erforderliche Druckaufbau, werden auch diese Systeme mit dem vorhandenen Druck im Ansaugtakt einspritzen, damit der Motor anspringt. Im Steuergerät wird nach entsprechender Häufigkeit ein Fehlercode abgelegt.
1. Auflage 2015, von Heiko Peter, 212 Seiten, zahlreiche Abbildungen, 39,95 Euro
Inhalt (Auszug)
- Vergleich von Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung
- Kraftstoffsysteme im Überblick:
– System MELCO im Mitsubishi GDI und bei Volvo
– System Siemens der 1. Generation
– System Bosch mit HDP 1 im VW FSI-Motor (…) - Das Kraftstoff-Niederdrucksystem
- Das Kraftstoff-Hochdrucksystem
- Kraftstoffinjektoren
- Das Zündsystem
- Die Abgasnachbehandlung, Gemisch-Überwachung
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