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Druck- und hubgesteuerte Düsen....

Themenstarteram 13. September 2012 um 11:25

Hallo zusammen!

Ich bin Fahrzeugtechnik-Student und lerne grad auf Prüfungen :) Grad bin ich mit Einspritztechnik beschäftigt - Vorlesung hält so ein hohes Tier von Bosch und der hat echt abartig gute Skripte verteilt (für lau!!) aber ich hab trotzdem ein zwei Fragen wo ich keine Antwort gefunden habe...

Zuerst einmal würde mich interessieren ob Benzineinspritzventile hubgesteuerte Systeme sind!? Mir ist die Frage gekommen, da in der Dieseleinspritzung ja sehr lange ausnahmslos druckgesteuerte Düsen zum Einsatz kamen (Reiheneinspritzpumpe, Verteilereinspritzpumpe, Pumpe-Düse) und erst mit der Einführung des Common-Rail Systems hubgesteuerte Düsen verbaut wurden. Der Grund hierfür dürften ja ganz einfach sein, dass die notwendigen hohen Einspritzdrücke nur mit druckgesteuerten Systemen realisierbar waren - ich denke da erstens an die Anforderungen an das Rail aber wahrsch ist es auch schwieriger eine Düse zu bauen, welche gegen einen soviel größeren Einspritzdruck öffnet!?

Das bringt mich gleich zur zweiten Frage: Wieso ist bei der Benzin-Direkteinspritzung ein soviel niedriger Einspritzdruck (im Vergleich zur Dieseleinspritzung) ausreichend? Benzin-DI ca. 200 bar im Vergleich zu 2000bar Dieseleinspritzung... sicherlich spielt die größere Verdichtung beim Dieselmotor eine Rolle aber das kann doch nicht der einzige Grund sein!?

Also Zusammenfassung: Falls Benzineinspritzventile (Saugrohr- oder DI) hubgesteuerte Systeme sind - und das ja dann seit den 70er Jahren - liegt es daran, dass der Einspritzdruck soviel niedriger ist und damit das System einfach viel leichter zu realisieren war als beim Dieselmotor?

Grüße

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12 Antworten

Ich bin Laie und Du angehender Fachmann. Dennoch gebe ich mal meinen halbwissenden Senf als Denkanstoß dazu:

Zitat:

Original geschrieben von Cornelius P Escobar

Das bringt mich gleich zur zweiten Frage: Wieso ist bei der Benzin-Direkteinspritzung ein soviel niedriger Einspritzdruck (im Vergleich zur Dieseleinspritzung) ausreichend? Benzin-DI ca. 200 bar im Vergleich zu 2000bar Dieseleinspritzung... sicherlich spielt die größere Verdichtung beim Dieselmotor eine Rolle aber das kann doch nicht der einzige Grund sein!?

Früher kamen Diesel mit ~125 bar Einspritzdruck aus (oder weniger). Die heutzutage üblichen Drücke haben nichts (mehr) damit zu tun, dass gegen die Kompression gegenangedrückt werden muss. Es geht um die Vernebelung. Anscheinend bringt eine weitere Erhöhung des Einspritzdrucks beim Benziner keinen Vorteil mehr. Technisch wäre das sicherlich möglich (siehe Diesel). Neben dem technischen Aufwand für die Pumpen kostet die Erhöhung des Drucks auch Energie. Moderne (PKW-)Dieseleinspritzanlagen benötigen m.W.n. bei Vollast ca. 1kW Antriebsleistung. Geht das nicht mit einer Wirkungsgradverbesserung bzw. Verbesserung der Abgaswerte einher, braucht man das auch nicht.

bei dieseln kommt auch noch die technik der mehrfacheinspritzung dazu (aktuell bis zu 7 mal?).

da sind die öffnungszeiten dann schon so kurz das die düsennadel nicht mehr den kompletten öffnungshub macht sondern nur noch kurz vom sitz abhebt (ballistischer bereich der vom motorsteuergerät in einer prozedur erlernt wird).

das war mein senf dazu.:D

Hallo!

Auf deine zusammenfassende Frage geantwortet: Ja!

Benzin muss nicht so stark zerstäubt/vernebelt werden, da Fremdzündung und Benzin sich sehr leicht selbst entzündet. Diesel entzündet sich nur schwer von allein. Aber das muss er trotzdem (Selbstzünder), deswegen die hohen Systemdrücke (Vernebelung).

Außerdem waren früher Benzineinspritzer ja auch Saugrohreinpritzer, das heißt, dass der Motor das fertige Kraftstoff-/Luftgemisch angesaugt hat und dies dann komprimiert wurde. Beim Diesel allerdings wurde (bei Vorkammer in niedrigerem Maße) der Kraftstoff ja erst einige Grad vor OT eingespritzt. Da liegen einfach andere Anforderung auf die zeitliche Beschickung vor.

Natürlich sind dann höhere Systemdrücke erforderlich, um eine schnelle Versorgung zu gewährleisten.

Auch im Hinblick darauf, dass gegen die schon vorliegende Kompression eingespritzt werden muss, ist der erhöhte Einspritzdruck bei Benzindirekteinspritzung also erklärbar: Da schnelle Gemischbildung erforderlich ist, welche vor allem gleichmäßig im Brennraum vorhanden sein muss.

Bitte auch beachten, dass Benzin viel flüchtiger ist als Diesel. Ein zündfähiges Gemisch kann viel leichter erreicht werden.

Grundsätzlich empfehle ich tiefergreifendes Studium der Materie. Ich bin zwar nicht studiert, sondern nur schnöder KFZi-Meister, habe aber beim ersten googeln gleich mehrere Dissertationen zu dem Thema gefunden. Da steht alles beschrieben.

Ich habe versucht, die Sache so einfach wie möglich zu erklären, man kann aber in der Tat ein ganzes Buch schreiben über die Notwendigkeit des hohen Systemdruckes bei Direkteinspritzern.

Meine Ausführungen streifen den Sachverhalt nur.

Ich würde noch ein wenig Fachliteratur wälzen, an Deiner Stelle. Hier mal was zum Zeitvertreib:

http://edoc.bibliothek.uni-halle.de/.../Dissertation_Kerekgyarto.pdf

Viel Erfolg beim Studium!

Gruß,

Knobo

Zitat:

Original geschrieben von Cornelius P Escobar

Das bringt mich gleich zur zweiten Frage: Wieso ist bei der Benzin-Direkteinspritzung ein soviel niedriger Einspritzdruck (im Vergleich zur Dieseleinspritzung) ausreichend? Benzin-DI ca. 200 bar im Vergleich zu 2000bar Dieseleinspritzung... sicherlich spielt die größere Verdichtung beim Dieselmotor eine Rolle aber das kann doch nicht der einzige Grund sein!?

Beim Benzin-DI wird das Gemisch im Ansaugtakt oder recht früh im Kompressionstakt eingespritzt, das Benzin hat also genug Zeit um ein homogenes Gemisch im Brennraum zu bilden. Ausnahme ist die strahlgeführte DI, da spritzt du ähnlich spät ein wie beim Diesel (ganz gegen Ende des Kompressionstaktes, Anfang Expansionstakt), aber man braucht ja nur um die Zündkerze ein zündfähiges Gemisch (Magerbetrieb mit Schichtladung). Beim Diesel sollen ja die Tröpchen möglichst fein und gleichmäßig im Brennraum verteilt werden, das geht auch am besten mit hohem Druck (vor allem in der kurzen Zeit, die für die Einspritzung zur Verfügung steht).

Ein weiteres Problem ist die Schmierung - die Hochdruckpumpe wird ja vom Diesel geschmiert, bei hohen Drücken ist das bei Benzin problematisch.

Wenn ich was zum druck/hubgesteuerten Ventil lese (bin auch grade am lernen ;) ), melde ich mich.

sg

Tobi

Der Unterschied zwischen Druck und Hub ist schnell erklärt:

Druckgesteuert sind die Düsen, welche federbelastet sind und nur durch den Einspritzdruck öffnen. Hubgesteuert bedeutet, dass der Einspritzdruck keine Auswirkung auf die Öffnung hat. Der Hub, der die Düse/das Ventil öffnet, wird anderweitig realisiert (elektromagnetisch, piezoelektrisch).

Gruß,

Knobo

dann sind normale cr-injektoren ja eine mischung oder?

Warum? Weil da eine Feder drin is? Die arbeitet aber nur gegen das Stellglied, nicht gegen den Kraftstoffdruck.

Gruß,

Knobo

das magnetventil steuert den hochdruck der die nadel vom sitz gegen den federdruck abheben lässt.

Da hab ich mich missverständlich ausgedrückt, stimmt. Es geht ja um die Steuerung. Und die geschieht durch das Stellglied. Dann ist der Kraftstoffdruck nur Medium zum Ausführen (Wie bei nem Hydraulikzylinder), aber kein Faktor der Steuerung.

Danke für die Nachfrage!

Gruß,

Knobo

Richtig, beim CR hast du ein Magnetventil, welches den Ventilsteuerraum (mit Kraftstoff gefüllter Raum über der Einspritznadel) verschließt. Die Einspritznadel ist geschlossen, da die Federkraft und der Raildruck im Ventilsteuerraum dem ebenfalls am unteren Ende der Einspritznadel anliegenden Raildruck entgegen wirkt.

Öffnet das Magnetventil, kann der Kraftstoff aus dem Ventilraum abfließen (Kraftstoffrücklauf, zum Tank), die Düsennadel kann abheben. Sobald das Magnetventil wieder den Ventilsteuerraum verschließt, stellt sich wieder das o.g. Kräfteverhältnis ein und die Einspritznadel schließt. Steuerst du das Magnetventil nicht an, bleibt die Düse zu, egal wie viel Druck im Rail anliegt ;) -> hubgesteuertes Ventil.

Hab mir nochmal grade den Aufbau von Otto-Saugrohr-Einspritzventilen und Otto-DI-Einspritzventilen angeschaut, sind auch hubgesteuerte Ventile über einen Elektromagneten.

Themenstarteram 17. September 2012 um 12:40

Zitat:

Original geschrieben von Knobo

Grundsätzlich empfehle ich tiefergreifendes Studium der Materie. Ich bin zwar nicht studiert, sondern nur schnöder KFZi-Meister, habe aber beim ersten googeln gleich mehrere Dissertationen zu dem Thema gefunden. Da steht alles beschrieben.

Danke für deine ausführliche Antwort - nur nicht so bescheiden :P Würde mich gerne weiter und tiefer auseinandersetzten weil mich das Thema echt interessiert - habe aber einfach nicht die Zeit dazu grade... Deswegen ja die Frage in diesem Forum :)

Zitat:

Original geschrieben von Tobi103

Hab mir nochmal grade den Aufbau von Otto-Saugrohr-Einspritzventilen und Otto-DI-Einspritzventilen angeschaut, sind auch hubgesteuerte Ventile über einen Elektromagneten.

Bei diesen Einspritzventilen reicht ja dann anscheinend die Magnetkraft aus um die Nadel gegen den Raildruck zu öffnen (!?) - d.h. es kann auf das (zusätzliche) Hydraulikventil verzichtet werden.

Zitat:

Original geschrieben von Cornelius P Escobar

Bei diesen Einspritzventilen reicht ja dann anscheinend die Magnetkraft aus um die Nadel gegen den Raildruck zu öffnen (!?) - d.h. es kann auf das (zusätzliche) Hydraulikventil verzichtet werden.

Beim Common Rail hälst du den Injektor ja mit dem Magnetventil auch gegen den Raildruck zu, siehe Aufbau des Injektors. Alles auf dem Schnitt rot markierte steht unter Raildruck, gelb ist Kraftstoff unter niedrigerem Druck. Mit dem Magnetventil gibst du die Ablaufdrossel frei, der Kraftstoff strömt aus der Kammer über der Düsennadel ab in den Niederdruckbereich. Durch eine Zulaufdrossel zu eben diesem Steuerraum kommt kein direkter Druckausgleich zustande, du hast an der Düsennadel durch den Raildruck unten und den Kraftstoff mit niedrigerem Druck oben eine Kraft, die die Düsennadel öffnet. Schließt du das Magnetventil, baut sich im Steuerraum wieder der Raildruck auf und die Düsennadel schließt.

Dass da der "Umweg" über die Düsennadel, welche vom Kraftstoff bewegt wird, gewählt ist, liegt denke ich daran, dass es nur mit Magnetventil ein zeitliches Problem bei den schon angesprochenen Mehrfacheinspritzungen beim Diesel gibt. Der Düsennadelhub ist ja größer als der kleine Hub des Magnetventils zur Steuerung. Mit einem Magnetventil oder Piezo die Düsennadel um den erforderlichen Weg anzuheben würde wohl länger dauern.

Beim Benziner hast du ja keine Mehrfacheinspritzungen, deswegen wirds wohl auch nur mit Magnetventil gehen.

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