Dieselmanagement (2) E. Gernaat (ISBN 978-90-79302-03-1, uitgave 2012) 1 Direct en indirect ingespoten motoren 2 Overzicht Onderscheid moet worden gemaakt tussen personen- en bedrijfswagen Dieselmotoren. De eisen verschillen aanzienlijk zowel wat betreft comfort als vermogen. Wat betreft de inspuiting en de uitvoering van de verbrandingsruimte onderscheiden we: direct ingespoten motoren; indirect ingespoten motoren. In het verleden waren direct ingespoten motoren voorbehouden aan bedrijfswagens. Het rendement was hoger maar het lawaai en de trillingen aanzienlijk. Ten gevolge van de verbeterde inspuittechniek zijn direct ingespoten motoren nu ook in de personenwagensector ingevoerd. Indirect ingespoten motoren werden weer onderverdeeld in voorkamer en wervelkamer motoren. Fig. 1 geeft een overzicht. We houden ons in hoodzaak bezig met direct ingespo- Figuur 1: Boven: Indirect ingespoten motortypen. Links: het voorkamersysteem van Mercedes Benz, rechts het meer bekende wervelkamersysteem. Onder: direct ingespoten motortypen. 1
ten motoren, die op hun beurt weer onderverdeeld worden in systemen met en zonder drukvulling de zgn. SDI- en TDI-motoren (Indeling VAG). De S staat voor Saug en de T voor Turbo. Relatief nieuw zijn de CDI-motoren (Mercedes) waarmee commonrail-inspuiting wordt bedoeld. Fig. 2 geeft een afbeelding van de direct ingespoten personenwagen Dieselmotor zoals momenteel overwegend wordt toegepast. Luchtwerveling in combinatie met tweetraps-inspuiting zijn de belangrijke elementen om een geruisarme en zuinige motor te krijgen. De voordelen van de directe (efficiënt) en indirecte motor (soepel, geruisarm) worden zo gecombineerd. Figuur 2: Verbrandingskamer en verstuiveropstelling van een TDI motor (Seat). 2
3 Inspuitelementen Een inspuitelement bestaat uit de eigenlijke verstuiver en een houder waarin zich de drukveer bevindt (fig. 3). De drukveer bepaalt de inspuitdruk. De hogedruk-inspuitpomp levert de brandstof en de verstuivers vernevelen de brandstof. De diepte van inspuiting en de druppelgrootte zijn in overeenstemming met het mengselvormings-principe van de fabrikant. Er werden aanvan- Figuur 3: Het inspuitelement bestaat uit de eigenlijke verstuiver en houder met drukveer. kelijk twee (hoofd)typen verstuivers onderscheiden (fig. 4). Een tapverstuiver werd voornamelijk toegepast op indirect ingespoten motoren terwijl een (meer)gatsverstuiver toegepast werd op motoren met directe inspuiting. Een tapverstuiver treffen we niet veel meer aan. Momenteel worden bijna uitsluitend meergatsverstuivers toegepast. 3
Figuur 4: Een tap- (links) en een meergatsverstuiver (rechts). 3.0.1 Tweetrapsverstuiver Om bij een direct ingespoten Dieselmotor het typische Diesel(klop)geluid en de mechanische piekbelasting tot een minimum te beperken, is een geleidelijke drukverhoging in de verbrandingsruimte noodzakelijk. Bij indirect ingespoten dieselmotoren wordt de geleidelijke drukverhoging verkregen door de inspuiting in de voor- resp. wervelkamer en door de toepassing van tapverstuivers. Bij de direct ingespoten dieselmotor moet de brandstof niet ineens, maar over een langere periode worden ingespoten. Voor de kleine, twee liter direct ingespoten dieselmotoren werd daarom een tweetraps-verstuiver ontwikkeld, die voor een belangrijk deel bijdraagt aan het rustige verbrandingsverloop. De verstuiver is als een meergatsverstuiver uitgevoerd (fig. 5). In de verstuiverhouder bevinden zich twee drukveren. De sterkte verschilt. Bij het begin van de inspuiting wordt de verstuivernaald tegen de veerkracht van de eerste drukveer in gelicht. Door de kleine lichthoogte wordt een geringe hoeveelheid brandstof met lage druk ingespoten. Deze voorinspuiting zorgt voor een geleidelijke stijging van de verbrandingsdruk. Omdat de inspuitpomp meer brandstof aanvoert dan door de kleine openingsspleet geperst kan worden, stijgt de brandstofdruk in de verstuiver. De veerkracht van de tweede drukveer wordt overwonnen en de verstuivernaald wordt verder gelicht. Nu vindt de hoofdinspuiting met de hogere inspuitdruk plaats. 4
Figuur 5: Doorsnede van een tweetrapsverstuiver (tek. Bosch) 3.0.2 Bijzondere verstuivers Bij motoren die voorzien zijn van een elektronische regeling (Electronic Diesel Control of EDC) is één van de verstuivers bijv. van de 3e cilinder met een sensor uitgerust. Hiermee wordt het inspuitbegin geregistreerd. Deze sensor geeft aan het EDC-regelapparaat het werkelijke inspuitbegin van de verstuiver door. Deze informatie dient als terugkoppeling en controleert of het voorgeprogrammeerde inspuitbegin wordt aangehouden (fig. 6). De sensor zelf is een magneetspoel in de verstuiver die door het EDC-regelapparaat van een constante stroom wordt voorzien. Er ontstaat dan een magnetisch veld. In de magneetspoel bevindt zich een drukstift, die het verlengde uiteinde van de verstuivernaald vormt. Door de beweging van de verstuivernaald verandert het magnetische veld waardoor een spanningspiek ontstaat. Uit het tijdsverschil tussen de impuls van de sensor en het referentiesignaal van de motortoerentalsensor berekent het EDC-regelapparaat het werkelijke inspuitbegin. Het werkelijke inspuitbegin wordt vergeleken met het voorgeschreven, geprogrammeerde inspuitbegin in het EDC-regelapparaat en wordt bij afwijkingen gecorrigeerd. 5
r Figuur 6: Verstuiver uitgevoerd met een naald-verplaatsingssensor van het inductieve type (tek. Bosch). 4 Vragen en opgaven Zie boek 6