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Benzin-Direkteinspritzung (BDE)

Zusammenfassung und Vergleich der Direkteinspritzung gegenüber der Saugrohreinspritzung:



Es soll versucht werden, die die direkte und die indirekte Benzineinspritzung gegenüber zu stellen und zu vergleichen. Welche Vorteile und welche Nachteile bieten die Benzindirekteinspritzer?



Vergleich direkte und indirekte Einspritzung
Luftströmung im Zylinder - Vergleich direkte und indirekte Einspritzung

Direkte Einspritzung

Indirekte Einspritzung

Einspritzung in den Brennraum

Einspritzung vor das Einlassventil/Saugrohr

Einspritzventil direkt über dem Brennraum (GDI) bzw. unter dem Einlasskanal im Zylinderkopf (FSI)

Einspritzventil im Saugrohr

durch die Verdampfung des Kraftstoffs im Brennraum wird der Umgebung Verdampfungswärme entzogen (Kühlschrank-Prinzip) - dies führt zu einer stärkeren Innenkühlung: das Verdichtungsverhältnis kann angehoben werden (Audi 11,5:1) bereits im Homogenbetrieb! geringere Innenkühlung, niedrigeres Verdichtungsverhältnis, niedrigerer Wirkungsgrad

Ansaugung von Luft in den Brennraum, Luft wird durch Drallkanal (GDI) bzw. Tumblebleche (FSI) verwirbelt bzw. geschichtet, Einspritzung erst am Ende des Verdichtungstaktes (Ausnahme Volllast)

Vermischung von Kraftstoff und Luft im Saugrohr

Schichtladebetrieb: an der Zündkerze entsteht immer ein zündfähiges Gemisch, ansonsten verschiedenste Mischungsverhältnisse im Brennraum bis hin zu reiner Luft

Zündfähigkeit beschränkt, stöchiometrisches Verhältnis von 14,7:1 erforderlich (Kat!)

Verbrennung auch bei Luftüberschuss, besserer Wirkungsgrad da Wärmeverluste an der Brennraumwand durch die isolierende Luft  vermieden werden, Drosselklappe kann weit geöffnet werden, deshalb geringere Drosselverluste und dadurch niedrigerer Verbrauch

Im Teillastbetrieb (geringe Leistung) starke Drosselung erforderlich: schlechtere Verbrennung, schlechter Teillastverbrauch, Drosselklappe stört,

Bei höherer Teillast und Volllast homogenes Gemisch (gleichmäßig verteilt), Einspritzung während Ansaugen, höhere Zylinderfüllung, niedrigere Verdichtungstemperatur, dadurch höhere Verdichtung (12:1) möglich, besseres Drehmoment und Leistung

Bei Volllast Anfettung


Größter Nachteil der Direkteinspritzung:


Schichtladung = Luftüberschuss bei Teillast = hoher NOx-Anteil im Abgas

Deshalb sind bei Benzindirekteinspritzern grundsätzlich sehr aufwändige Maßnahmen zu treffen, um den Stickoxidanteil zu senken.

Maßnahmen:

NOx-Speicherkat

Bei Speicherung des NOx im Kat (Laden) - Umwandlung in N2 -

Zur Entladung des Kats kurzzeitige Anfettung u. Temperaturerhöhung des Motors erforderlich.

Abgasrückführung

(30%-40% AGR-Rate) führt zur Senkung der Brennraumtemperatur, vermindert Ladungswechselverluste und verbessert den Wirkungsgrad

Schwefel im Kraftstoff führt zu schädlichen Ablagerungen im Speicher-Kat, macht eine Regeneration des Kats erforderlich

Anfettung des Motors erforderlich, erhöht aber den Verbrauch

 



Fazit: 

Die Benzin-Direkteinspritzung scheint die bessere Lösung für die Zukunft zu werden. Sie wird voraussichtlich mittelfristig die indirekte Einspritzung ablösen, analog zur Entwicklung beim Diesel. Die Probleme sind aber nicht einfach zu lösen. Welcher Lösungsweg der bessere sein wird, muss sich zeigen. Der Weg zum schwefelarmen Kraftstoff ist bereits vorgezeichnet, allein die Umsetzung in der restlichen Welt geht etwas langsam voran (Die moderne Dieseltechnologie verlangt auch schwefelarmen Kraftstoff). Seit 2003 bieten alle deutschen Tankstellen schwefelarmen Kraftstoff (<10 ppm) an.

Die Praxis hat in den ersten Jahren seit der Einführung des Benzin-Di aber auch gezeigt, dass die versprochenen Verbrauchs-Einsparungen nicht gehalten werden konnten. Nur im Schichtlademodus entwickelt der DI sein wahres Können. Dies wird aber im Fahralltag nicht immer erreicht. Hier ist natürlich auch ein Umdenken des Fahrers nötig, der sein Gaspedal und seinen Schalthebel richtig einsetzen müsste. 

Einige Hersteller verzichten deshalb auf den Schichtlademodus und fahren nur im Homogenbetrieb.

Viel verspricht man sich auch von der strahlgeführten Einspritzung des Benzins, die nicht die Nachteile des zerklüfteten Brennraums hat. (s.a. Brennverfahren)

 

 

Siemens Piezodüse für die BDI 



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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015

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