Direkteinspritzung

Der Begriff Direkteinspritzung bezeichnet ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung, welches bei Dieselmotoren und Ottomotoren zum Einsatz kommen kann.

Direkteinspritzung bei Dieselmotore

Prinzip

Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff zum Ende des zweiten Arbeitstaktes (Kompressionstakt) durch eine direkt in den Brennraum reichende Mehrloch-Einspritzdüse des Motors eingespritzt und feinst verteilt (vernebelt), anstatt in eine Vor- oder Wirbelkammer wie bei einem klassischen (Kammer-)diesel.

Ziel der Direkteinspritzung ist, den spezifischen Kraftstoffbedarf zu reduzieren. Ebenso entfaellt die (leistungszehrende) Vor- oder Wirbelkammer.

Ausführung

Eine Mehrloch-Düse (Injektor) ist das Kernstueck der Diesel-Direkteinspritzung. Diese ermöglicht es, ein möglichst feinverteiltes Kraftstoff-Luft-Gemisch in kurzer Zeit zu erreichen. Dafür sind Hochdruckeinspritzpumpen notwendig. Generell lässt sich zum Einspritzdruck sagen: Je höher, desto besser. Derzeit sind Einspritzdruecke von bis zu 1800 bar bei der Common-Rail-Technik und 2500 bar beim Pumpe-Düse-System möglich (Stand 2005).

Vorteile

Im Vergleich zum Vorkammer- oder Wirbelkammerverfahren bietet das Direkteinspritzverfahren einen 5 bis 10% niedrigeren Energieverbrauch.

Es entfallen die Verluste durch das ueberstroemen zwischen Kammer und Hauptbrennraum, ebenso sind die waermeverlusterhoehenden Stroemungsgeschwindigkeiten des Gemischs niedriger.

Die Direkteinspritzung beim Diesel erlaubt kaltstartende Motoren und höhere Drehzahlen, weil die notwendige Verbrennungszeit geringer ist.

Der Voreinspritzwinkel ist geringer und damit sind laengere Gaswechselzeiten möglich.

Nachteile

Ein Nachteil des Direkteinspritzers beim Diesel ist das lautere Verbrennungsgeraeusch, wegen des grossen Druckanstiegs staerker als "nagelnd" empfunden, als bei Kammermotoren. Aus diesem Grund wurden vor 1988 direkteinspritzende Dieselmotoren nahezu ausschliesslich in LKW verwendet, trotz ihres besseren Wirkungsgrades gab es keine Grossserien-PKW mit solchen Motoren.

Die Kraftstoffverteilung ist eines der wesentlichen Probleme bei der Verbrennung. Um den spezifischen Brennstoffbedarf zu optimieren und Abgasemmissionen durch Dieselruss, Stickoxiden und anderen Verbrennungsrueckstaenden gering zu halten, werden verschiedenste Formen der sogenannten Kolbenmulde angewandt. Durch deren Gestaltung soll eine bessere Durchmischung von Kraftstoff und Luft im Verbrennungsraum erzielt werden. Ebenso wird meist ein Drall erzeugender Einlasskanal realisiert, durch dessen wendelartige Form die in den Zylinder einstroemende Luft für den Verbrennungsprozess guenstig verwirbelt wird.

Im Winterbetrieb stark verzoegerte Heizwirkung.

Anwendung im PKW

Die erste Serienfertigung von Diesel-Direkteinspritzmotoren für PKW erfolgte - wenn auch in kleinem Rahmen - durch Ludwig Elsbett. Der erste Anwender in der Grossserie war Fiat mit dem Modell Fiat Croma TD i.d. im Jahr 1988. Dieses Fahrzeug war mit einem Turbo-Dieselmotor mit 1929 cm³ Hubraum und 66 kW /90 PS Leistung ausgestattet. Audi und VW zogen bald nach und setzten das Diesel-Direkteinspritzverfahren 1990 in Grossserien-PKW-Dieselmotoren mit der geschuetzten Marketingbezeichnung TDI ein. Heute bieten zahlreiche Hersteller derartige Motoren unter verschiedenen Markenbezeichnungen an: Bei Peugeot heisst das System "HDI" (High pressure Direct Injection), bei Ford "TDCI" (Turbo Diesel Common Rail Injection), bei Mercedes-Benz "CDI" (Common Rail Direct Injection), etc.