Directe benzine-inspuiting

Transcriptie

1 Directe benzine-inspuiting E. Gernaat, ISBN Bedrijfsmodes Directe benzine-inspuitsystemen zijn al een groot aantal jaren op de markt. Ze bewerkstelligen echter niet de grote doorbraak die men in eerste instantie verwachtte. De brandstofbesparing valt over het algemeen tegen. Toch brengen veel grote merken als Mitsubishi, VAG, Citroen/Peugeot e.a. motoren op de markt met steeds weer nieuwe en verbeterde versies. De injectoren bij de D.B.I.-motoren zijn direct in de cilinderkop geplaatst. De inspuitdruk moet dan ook hoger te zijn. Er worden bij directe inspuiting twee hoofdbedrijfsmodes onderscheiden: Gelaagde bedrijfsmode De injector spuit gedurende de compressieslag in waardoor alleen plaatselijk, in de buurt van de bougie een betrekkelijk rijk, dus een goed brandbaar mengsel ontstaat. De totale mengverhouding lucht-brandstof is arm. Er wordt gesproken van een luchtbrandstofverhouding van 35 : 1 (Mitsubishi) of een λ van 1,5 (VAG). Met name de CO 2 uitstoot is in deze bedrijfsmode bijzonder laag. De stoïchiometrische (λ = 1) bedrijfsmode Inspuiting vindt plaats gedurende de inlaatslag. Deze methode wijkt niet zoveel af van de klassieke inspuiting. Men zorgt voor een stoïchiometrische mengverhouding (λ =1). De λ = 1 bedrijfsmode wordt toegepast gedurende de koude start en voor het onderhouden van de katalysatoren. Het probleem is immers dat men in de arme mengselmode geen driewegkatalysator kan gebruiken en dat men, in principe, moet overstappen op een oxikat (tweeweg katalysator) aangevuld met een NOx-opslagkatalysator. Omdat men in de gelaagde mode zeer nauwkeurig een rijk en een arm gedeelte (de zgn. lagen) moet creëren zien we vaak in het inlaatspruitstuk een klep gemonteerd die de luchtstroom in een bepaalde richting moet geleiden. Fig. 1 en 2 laten de twee verschillende hoofdmodes zien. De inspuitdruk bedraagt tussen de 50 en 150 bar. Voor de laatste uitvoeringen worden, evenals in de Dieseltechniek, meergats-piëzo-inspuitelementen toegepast (fig. 3). 1

2 Figuur 1: Wanneer er tijdens de compressie wordt ingespoten spreekt men van de gelaagde bedrijfsmode. De luchtstroom wordt door een klep in het inlaatspruikstuk gestuurd (VW-FSImotor). Er is sprake van een arm mengsel. Figuur 2: De stoïchiometrische mode of λ =1 mode vindt plaats tijdens de inlaatslag. De klep in het inlaatspruikstuk staat dan volledige geopend (VW-FSI-motor). 2

3 Figuur 3: Nieuwe benzinemotoren voorzien van directe inspuiting maken gebruik van meergatspiëzo-inspuitelementen (MOT). 3

4 1.1 Katalysatoren Bij de direct ingespoten motoren van Mercedes (V6-CGI) wordt een uitlaatsysteem toegepast met 2 driewegkatalysatoren en een dubbele NOx opslagkatalysator. Voor de goede regeling hiervan zijn behalve twee lambdasensoren ook nog temperatuur- en NOx-sensoren nodig (fig. 4). Niet alle directe benzine- Figuur 4: Het uitlaatsysteem van een Mercedes motor met directe benzineinspuiting. inspuitsystemen zijn even geavanceerd. De tweeliter FSI-motor voorzien van een Motronic MED regelsysteem (onder meer bij Seat toegepast) kent eigenlijk alleen maar een gelaagde bedrijfsmode als een tweede fase om de katalysator voor te verwarmen. Hoewel de injector wel direct in de verbrandingsruimte inspuit gebeurt dit hoofdzakelijk gedurende de inlaatslag en werkt de motor voornamelijk in de λ =1 mode (fig. 5). Het systeem is dan ook niet uitgevoerd met een NOx-katalysator. 1.2 Brandstoftoevoer Omdat de inspuitdrukken tussen de 50 en 150 bar bedragen worden er hoge eisen gesteld aan het brandstoftoevoersysteem. Er is een zekere gelijkenis met het commonrail Dieselsysteem. Men maakt onderscheid tussen het lage- en hogedrukcircuit. Fig. 6 geeft het overzicht van het Motronic MED-systeem. Het lagedrukcircuit werkt met een druk tot 6 bar. De brandstofpomp in de tank wordt via de motorregeleenheid en de regeleenheid van de brandstofpomp vanuit een 4

5 Figuur 5: Het Motronic MED inspuitsysteem werkt hoofdzakelijk in de λ =1 mode. Wel vindt de inspuiting plaats in de verbrandingsruimte (Seat). PWM-signaal aangestuurd. De opbrengst en druk kan worden aangepast met behulp van het terugkoppelsignaal van de lagedruk-brandstofsensor (G410). De hogedrukpomp is voorzien van een brandstofdrukregelaar die uiteraard weer door de motorregeleenheid wordt bediend. Terugkoppeling van de hoge druk geschiedt door de hogedrukbrandstofsensor G247 (fig. 6). De relatie tussen de druk en de spanning van de sensor toont ons fig Injector De bekrachtiging van de injectoren geschiedt door middel van een elektronisch circuit met behulp van een openingsspanning van 65 V. Hierdoor opent de injector snel. Is de injector eenmaal geopend dan is een pulserende houdspanning van ongeveer 15 V voldoende om de injector open te houden (fig. 8 en fig. 9 ). 5

6 Figuur 6: Overzicht van het brandstoftoevoersysteem van een Motronic FSI motor (Seat). Figuur 7: De relatie tussen de hogedruk in het systeem en de gemeten uitgangsspanning van de sensor. 6

7 Figuur 8: De injector in doorsnede. Figuur 9: Het inspuitsignaal gemeten met behulp een oscilloscoop. 7

8 2 Vragen en opgaven Zie boek 8