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Gemischaufbereitung

Die Aufbereitung des Luft-Kraftstoff-Gemisches beeinflußt wesentlich den Kraftstoffverbrauch, die Abgaszusammensetzung und das Verbrennungsgeräusch des Dieselmotors. An der Qualität der Gemischaufbereitung ist die Kraftstoffeinspritzanlage stark beteiligt. Neben der Art der Einspritzung beeinflussen die Größen Einspritzbeginn, -dauer, -verlauf und -druck die Gemischbildung und den Ablauf der Verbrennung im Brennraum des Motors.

Einspritzverfahren

Bei der Art der Einspritzung unterscheidet man das Vor-bzw. Wirbelkammerverfahren und die Direkteinspritzung. Bei dem Vor-bzw. Wirbelkammerverfahren wird der Kraftstoff in eine heiße Vor-bzw. Wirbelkammer eingespritzt, in der eine Vorverbrennung eine gute Gemischaufbereitung für die Hauptverbrennung einleitet. Bei der Direkteinspritzung verzichtet man auf die Gemischaufbereitung in der Nebenkammer. Der Kraftstoff wird direkt in den Verbrennungsraum über dem Kolben eingebracht.

Einspritzbeginn

Der Beginn der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum beeinflußt wesentlich den Beginn der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Ein zeitlich vorgelegter Verbrennungsbeginn erhöht die Temperatur im Brennraum und damit die Stickoxidemission. Ein zeitlich nachfolgender Spritzbeginn kann hingegen zu einer unvollständigen Verbrennung und so zur Emission unvollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe führen. Der Einspritzbeginn nimmt auch Einfluß auf die Emission von Ruß. Diese gegenläufigen Abhängigkeiten verlangen zur Erzielung des jeweiligen Optimums kleinstmögliche Toleranzen.

Direkteinspritzsysteme

Die Einspritzanlage sorgt für die Kraftstoffversorgung des Dieselmotors. Dazu erzeugt eine Hochdruckpumpe den zum Einspritzen benötigten Druck. Der Kraftstoff wird über die Druckleitung zur Einspritzdüse gefördert und in den Verbrennungsraum eingespritzt. Für die unterschiedlichsten Anwendungen im Bereich der Dieseleinspritzung wurden immer weiter verbesserte Einspritzsysteme verschiedenster Größen und Ausführungen entwickelt. Im Bereich der direkteinspritzenden Dieselmotore setzt sich neben dem Verteilereinspritzsystem immer mehr das Speichereinspritzsystem (Common Rail) durch.

Verteilereinspritzsystem

Kleine, schnellaufende Dieselmotoren erfordern eine Einspritzanlage mit geringem Gewicht und kleinem Einbauvolumen. Das Verteilereinspritzsystem erfüllt diese Forderungen durch Zusammenfassen wesentlicher Aufgaben in einem kleinen, kompakten Aggregat. Dieses erzeugt den für die Einspritzung nötigen Druck und teilt ihn über die Hochdruckleitung des entsprechenden Zylinder zu. Das Einspritzventil, das in der Regel ein Überdruckventil ist, öffnet bei Ankunft der Druckwelle nach Überschreiten des Mindestöffnungsdrucks, und schließt wieder, wenn ein bestimmtes Druckniveau unterschritten wird. Weiterentwicklungen haben die erreichbaren Einspritzdrücke gesteigert, und die Verwendung von Magnetventilen ermöglicht eine Beeinflussung des Einspritzverlaufs und damit auch gesteuerte Voreinspritzung.

Speichereinspritzsystem

Das Speichereinspritzsystem oder auch in der englischen Bezeichnung Common-Rail-Einspritzsystem verfügt über eine zentrale Kraftstoffhochdruckpumpe, die den Kraftstoff in eine allen Injektoren gemeinsame Hochdruckleitung (Common Rail) fördert und dort unter hohem Druck speichert. Das Volumen dieses Speichers ist so dimensioniert, daß der Druck während einer Einspritzung annähernd konstant bleibt. Elektrische Signale von der Motorsteuerung bestimmen den effektiven Düsenöffnungsquerschnitt eines Injektors und damit den Einspritzbeginn, die Einspritzrate und das Einspritzende. Bei diesem System ist die Förderung des Kraftstoffes von der Zumessung getrennt.  Neben schnellschaltenen Magnetventilen werden gerade in neueren Aggregaten piezoelektrische Stellglieder verwendet. Ihre Vorteile liegen in ihrer Kraft, den schnellen Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich und ihre hohen elektromechanischen Wirkungsgrade. Magnetventile sind hingegen langsam, besitzen einen niedrigen Wirkungsgrad, aber sind robuster und finden seit vielen Jahren ihre Verwendung.