Warum wird die Einspritzung nicht so verwaltet, dass sie den gesamten Ansaughub nutzt?

Soweit ich weiß, kennen elektronische Kraftstoffeinspritzdüsen nur zwei diskrete Zustände, ein oder aus. Unter leichter Last (dh niedrige Drehzahl und Gas) muss der Injektor nicht viel Kraftstoff liefern. Daher ist die Einspritzzeit natürlich kurz, um wenig Kraftstoff zu liefern, da der Kraftstofffluss immer gleich ist. Dies führt dazu, dass die Einspritzung nur während eines Bruchteils des Ansaughubs erfolgt.

Folglich erhalten Sie einen superfetten Teil des Gemisches zusammen mit nur Luft im Zylinder. Diese müssen sich noch im Zylinder mischen/homogenisieren, um eine gute Verbrennung zu erreichen. Dieser Vorgang nimmt Zeit in Anspruch und liefert möglicherweise nicht die beste Leistung. Warum gibt es also keine Einspritzdüsen, die ihren Kraftstofffluss variieren können? Die ECU kann die Dauer des Ansaugtakts aus der Drehzahl ableiten und folglich die gesamte Zeit nutzen, um die Einspritzdüse dazu zu bringen, ihren Kraftstoff während des gesamten Ansaugtakts zu liefern. Auf diese Weise wird das Gemisch, das in den Zylinder eintritt, bereits fast vollständig homogenisiert.

Was denkt ihr Leute? Dumme oder schlaue Idee, oder gibt es sie schon? Ich verstehe, dass die Entwicklung neuer Injektoren, die dies können (wenn es sie noch nicht gibt), Geld kostet, aber im endlosen Kampf gegen die Emissionsvorschriften erfordert sie ständig mehr Innovation.
Jeder Beitrag ist willkommen.

Ich bin mir nicht ganz sicher, wo der Injektor während des Ansaugtakts zündet, würde aber wetten, dass er dies zu Beginn tut. Dies würde die beste homogene Mischung ermöglichen, die ich wetten würde. @Zaid hat vielleicht eine endgültige Antwort für Sie.
@ Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2 im Leerlauf (~ 700 U / min) ungefähr 30 ms oder so vor dem Funkenereignis. Also gleich zu Beginn des Ansaugtaktes glaube ich. und wird etwa 3 ms lang zünden, vorausgesetzt, die Kraftstofftrimmung ist normal.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass Ihr Vorschlag und das, was derzeit vorhanden ist, dasselbe Ergebnis erzielen. Ich würde mir vorstellen, dass ein Injektor mit unterschiedlichen Schritten zum Zapfen etwas komplexer wäre und ein größeres Paket usw. erfordern würde ...
Haben Sie bei dieser Frage an eine Portinjektion oder eine Direktinjektion gedacht? Bei der Saugrohreinspritzung vermischen sich Luft und Kraftstoff, bevor sie zum Einlassventil gelangen. Direkteinspritzsysteme können durchaus im homogenen Modus betrieben werden, daher würde ich sagen, dass das in Ihrer Frage hervorgehobene Problem der schlechten Vermischung in beiden Szenarien angesprochen wird.
@Zaid Ich hatte (Multi-)Port-Injektion im Sinn, aber das Gleiche könnte für DI gelten. Sie sagen, sie mischen sich richtig, bevor sie am Einlassventil vorbeikommen, aber das ist mein Zweifel. Ich vermute, dass sie noch etwas Zeit brauchen, um den Prozess der Homogenisierung im Zylinder abzuschließen, da die Mischung im Ansaugkrümmer nicht zu 100% abgeschlossen war. Ich gründe dies auf der Tatsache, dass sie auch fortschrittliche Kolbenoberflächenformen verwenden, um die Verwirbelung und Homogenisierung zu verbessern. Das würde bedeuten, dass eine weitere Homogenisierung tatsächlich einen Nutzen hat, sonst würden sie das nicht tun.
Ich glaube, der Grund dafür, dass Kraftstoff unter Druck eingespritzt wird, im Gegensatz zu "getropft", liegt darin, dass dies die Zerstäubung des Kraftstoffs fördert. Wenn Sie den Druck senken, wird der Kraftstoff wahrscheinlich "herausfallen" und sich am Boden der Brennkammer ansammeln.
@SteveMatthews, das ist ein guter Punkt, und es kann auch einen lokalen Kraftstoffpuffer verursachen (zumindest ist das der Name, den ich dafür kenne). Eine Reduzierung des Rail-Drucks ist also keine Option. Eine variable Injektoröffnung/Öffnung hätte dieses Problem jedoch nicht und könnte dennoch eine Option sein.

Antworten (4)

Denken Sie daran, dass der Injektor bei hohen Lasten/WOT fast ständig geöffnet sein kann - während aller vier Takte. (Injektor-Einschaltdauer > 90 %)

Tatsächlich schalten viele Systeme von sequentieller Öffnung auf Bank um und zünden dann kontinuierlich (alle Einspritzdüsen zünden gleichzeitig), wenn ein hoher Kraftstoffbedarf erforderlich ist.

Die Schwierigkeit besteht darin, den WOT-Bedarf mit dem Leerlauf mit nur einem Injektor auszugleichen. Große Zapfen und Düsenöffnungen bedeuten einen größeren Durchfluss, erhöhen aber auch die Masse und Latenz des Betriebs. Außerdem wird die Zerstäubungseffizienz drastisch durch die kritische Öffnungsgröße und nicht so sehr durch den Druckabfall beeinflusst. Ein Feuerwehrschlauch eignet sich hervorragend zum Bekämpfen von Bränden, ist jedoch nicht so nützlich, wenn Sie Ihrem Scotch einen Tropfen Wasser hinzufügen.

Mir ist kein "variabler" Injektor bekannt, der in allen Modi kostengünstig wäre. Die neue GDI-Technologie vermeidet jedoch viele dieser Anforderungen und hat auch den Vorteil, dass sie nicht auf ein kaltes Ventil einspritzt und schöne kleine Tröpfchengröße zerstört. Es hat auch die Schönheit, sich nicht um die Ventil- / Nockenposition zu kümmern. Sie können eine sehr magere Ladung und dann eine kleine Tasche mit stöchiometrischer Mischung unmittelbar vor (und vielleicht sogar während!) der Zündung einspritzen.

Meine Quasi-Antwort lautet also, dass ich mit Benzin-Direkteinspritzung so viel mehr erreichen kann, dass ich denke, dass diese IC-Zauberer, obwohl Ihre Idee herausragend ist, bereits weit über solche Ideen hinausgegangen sind. Tatsächlich kratzen sie nur an der Oberfläche. Ich wurde zu einem Webinar namens „Dr. Stochiometric is Dead“ eingeladen. Ich könnte es mir nicht leisten, aber ich gehe davon aus, dass sich die IC-Effizienz in den nächsten fünf Jahren dramatisch verbessern wird. Ich muss mich nur mit Hitze und NOx auseinandersetzen ... Lean ist das neue Fett!

Beim Bearbeiten:

Zur Verdeutlichung meine ich nur, dass ein On/Off-Injektor, der für den Leerlauf optimiert ist, möglicherweise nicht genügend ultimativen Durchfluss für WOT hat. Albiet WOT ist selten (na ja, für einige ... ich werde nicht angeben, in welcher Kategorie ich Zeit verbringe), das Problem ist, dass Sie ohne schreckliche Konsequenzen einfach nicht schlank werden können.

Ein guter Kompromiss könnte ein Injektor mit kleinem Zapfen und kleiner Öffnung für den Leerlauf sein, gekoppelt mit einem anderen Injektor: mein sprichwörtlicher "Feuerwehrschlauch" für Lochschüsse. Dies wäre natürlich hinsichtlich der Konstruktions- und Produktionskosten problematisch.

Aus diesem Grund bin ich so ein Befürworter von GDI, das eine enorme Flexibilität beim Einspritzplan ermöglicht, unabhängig von der Ventilposition oder dem Hub, den Sie gerade haben.

Die Idee einer Kraftstoffleiste mit variablem Druck ist lobenswert, wenn sie nur funktionieren würde. Wie ich bereits erwähnt habe, wenn Sie sich eine optimierte Zerstäubung auf der Grundlage einer "kritischen" Öffnung ansehen, ist eine seltsame Physik beteiligt. Die Öffnungsgröße ist maßgebend und der Druckabfall wird nahezu festgelegt. Sobald eine Öffnung "kritisch" ist, hat eine Erhöhung des Zufuhrdrucks nicht die lineare Wirkung, die man sich erhoffen könnte. (Abgesehen von der Dieseleinspritzung; das ist ein ganz anderes Tier ...) Außerdem bin ich nicht bereit zuzugeben (als ob ich es verstanden hätte!), dass die Einspritzung während eines gesamten Ansaugtakts zu einem homogeneren Gemisch (nach der Kompression) führt als nur ein kurzer Sprühstoß.

Die Leerlaufemissionen sind auf einem Allzeittief. In Los Angeles sind die Auspuffemissionen im Leerlauf niedrigere NOx-Werte als die angesaugte Luft.

Schauen Sie sich GDI und einige verrückte Kraftübertragungstechnologien an, um die Regeln zu ändern . Betreiben Sie Ihren IC in einem süßen Drehmomentband, sehr mager, und ermöglichen Sie eine nahtlose Kraftübertragung mit geringen Verlusten, um das Drehmoment zu verteilen. Speichern Sie stöchiometrisch für Ampeln und wenn ich versuche, ein Mädchen zu beeindrucken...

(Nein, ich kaufe keinen Nissan ... Meiner Meinung nach sind sie praktisch nicht fahrbar und zu frustrierend, um sie zu verstehen ...)

GDI klingt in vielerlei Hinsicht erstaunlich, aber der einzige Nachteil ist der Kohlenstoffaufbau
Wie Sie GDI beschreiben, klingt für mich genauso wie eine Kombination aus Schicht- und Piloteinspritzung, bei der Sie ein relativ fettes Gemisch um die Zündkerze herum aufbauen, um das magerere Grundgemisch im Rest des Zylinders leicht zu entzünden. Unterscheiden sich diese beiden in der Natur? Ich verstehe Ihren Standpunkt zu WOT nicht, eine Situation, die Sie nicht sehr oft haben. Ich würde sagen, dass der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu diesem Zeitpunkt geringer sind als die Leistung. Es sind die Bedingungen mit geringer Last, die meiner Meinung nach für Emissionen und Kraftstoffverbrauch optimiert werden sollten.
Es ist sehr plausibel, dass „sie“ bestimmte Innovationen noch nicht implementieren, um sie direkt von der Stange implementieren zu können, wenn die Emissionsvorschriften strenger werden. Ich habe die Idee, dass die ganze aktuelle Philosophie des Emissionsmanagements von Autoherstellern darin besteht, die Emissionsvorschriften so weit wie möglich zu verlangsamen, indem sie eingehalten werden, ohne den geringsten Spielraum zu behalten.

Folglich erhalten Sie einen superfetten Teil des Gemisches zusammen mit nur Luft im Zylinder. Diese müssen sich noch im Zylinder mischen/homogenisieren, um eine gute Verbrennung zu erreichen.

Dies wird bereits von beiden Arten der gepulsten Kraftstoffeinspritzung gehandhabt:

  • In Port-Injektion

    Kraftstoff und Luft werden gemischt, bevor sie in das Einlassventil eintreten, sodass die ankommende Ladung bereits ziemlich homogenisiert ist.

  • Bei Direkteinspritzung

    Bei homogenem Betrieb wird der Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt, und Zylinderwirbel und -wirbel erledigen den Rest.

Wie @SteveRacer in seiner Antwort hervorhebt , ist dies ein Problem für Konfigurationen mit Kanaleinspritzung bei kaltem Motor, da der Kraftstoff nicht gut zerstäubt wird. Die traditionelle "Lösung" besteht darin, etwas fetter zu laufen, in der Erwartung, dass nicht der gesamte Kraftstoff aufgrund schlechter Zerstäubung verbrennt.

Warum gibt es also keine Einspritzdüsen, die ihren Kraftstofffluss variieren können?

Höchstwahrscheinlich dient dies vor allem der Einfachheit des Steuersystems. Vergleichen Sie diese beiden Szenarien:

  1. Verwalten Sie die eingespritzte Kraftstoffmenge über die Impulsbreite (Zeit) der Einspritzdüse, während Sie den Kraftstoffverteilerrohrdruck und die Durchflusscharakteristik der Einspritzdüse konstant halten

  2. Steuern Sie die eingespritzte Kraftstoffmenge durch die Impulsbreite der Einspritzdüsen und variierende Eigenschaften des Kraftstoffverteilerrohrdrucks/der Einspritzdüsenströmung

Beide Ansätze führen zum gleichen Ergebnis, aber für letzteres ist es viel komplizierter, ein Steuerungssystem zu implementieren (ganz zu schweigen von der Notwendigkeit schickerer Hardware).

Als Randbemerkung gibt es Injektorhersteller, die behaupten, die Möglichkeit zu bieten, die Kraftstoffdurchflussrate durch die Verwendung mehrerer Zapfen zu variieren (Injector Dynamics fällt mir ein). Ich bin jedoch nicht in der Lage, die Richtigkeit ihrer Behauptungen zu bestätigen.

Die ECU kann die Dauer des Ansaugtakts aus der Drehzahl ableiten und folglich die gesamte Zeit nutzen, um die Einspritzdüse dazu zu bringen, ihren Kraftstoff während des gesamten Ansaugtakts zu liefern. Auf diese Weise wird das Gemisch, das in den Zylinder eintritt, bereits fast vollständig homogenisiert.

Das Kraftstoffmanagementsystem tut dies bereits implizit, indem es Eingaben vom Kurbelpositionssensor (RPM) entgegennimmt und mit Informationen über die Motorlast kombiniert.

Beachten Sie jedoch, dass bei der Absicht, das AFR zu steuern, die Drehzahl allein nicht ausreicht, um zu bestimmen, wie viel Kraftstoff eingespritzt werden muss. Ein Auto mit Schaltgetriebe bei 2500 U/min im 3. Gang verbrennt Kraftstoff mit einer anderen Geschwindigkeit als im 2. Gang bei gleicher Motordrehzahl.

Danke für die klare und erklärende Antwort. Sie sagen "die eingehende Ladung ist bereits ziemlich homogenisiert", dies deutet darauf hin, dass eine weitere Homogenisierung möglich (und vorteilhaft) ist, oder? Außerdem verstehe ich, dass variable Injektoren weniger einfach und teurer sind, aber die immer strengeren Emissionsvorschriften verlangen sowieso nach besseren (teureren) Techniken. Das könnte eventuell eine Lösung sein. Die heute verwendeten Techniken waren in den 90er Jahren auch nicht wirtschaftlich und zu komplex. Wir haben jetzt eine Zylinderabschaltung, die damals undenkbar komplex war.
Eine variable Einspritzung kann übrigens durch einen variablen Raildruck, aber auch durch eine variable Injektoröffnung erreicht werden. Man könnte einen ECO- und einen Power-Modus implementieren, in dem der Kraftstoffdruck niedriger oder höher ist, aber auch eine Einspritzdüse, die sich ganz oder teilweise öffnen kann. Welche Methode ist (kosten-)effektiver.
@Bart Ich stimme Ihnen nicht zu, dass eine weitere Homogenisierung möglich ist, aber wie würde die Umstellung auf die Messung der Ansaughubdauer hier helfen? Es wird bereits implizit vom Kraftstoffmanagement berücksichtigt, wenn es die Drehzahl vom Kurbelwellensensor liest
Nehmen wir an, der Ansaugtakt dauert 30 ms und es werden 10 ul Kraftstoff benötigt. Der Injektor liefert normalerweise 20 ul pro 30 ms, aber wenn Sie ihn zu 50 % öffnen, liefert er 10 ul pro 30 ms. Genau das, was Sie brauchen. Auf diese Weise sorgen Sie dafür, dass die Einspritzdüse während des gesamten Ansaugtakts den benötigten Kraftstoff spritzt, wodurch eine besser homogenisierte Ladung entsteht, die in den Zylinder eintritt. Das war meine Hypothese.
@Bart Ihr Ziel ist es also, dass die Einspritzung erfolgt, solange der Zylinder seinen Ansaugtakt durchläuft. Ich habe versucht zu erklären, warum dies im letzten Absatz unzureichend ist. Abhängig vom Ansaugkrümmerdruck können bei gleicher Ansaughubdauer (in Ihrem Beispiel 30 ms) unterschiedliche Luftmengen in den Zylinder eintreten. Das Einspritzen von Kraftstoff für die gleichen 30 ms würde dann zu unterschiedlichen AFRs für unterschiedliche Krümmerdrücke führen, was bedeutet, dass Ihr AFR nicht aufrechterhalten wird.
Ja, die Einspritzzeit (oder der benötigte Kraftstoff) basiert auf Drehzahl und MAP oder MAF. Die Dauer des Ansaugtaktes kann durch Drehzahl und Nockencharakteristik bestimmt werden. Wenn Sie diese beiden kennen, können Sie die Einspritzung über die Dauer des Ansaugtakts verteilen. Mit Piloteinspritzung(en) in DI-Dieseln wird ungefähr das Gleiche gemacht, aber dies ist anders und wird zum Aufheizen des Brennraums verwendet. Aber ich hoffe, du verstehst, was ich meine.
Entschuldigung @Bart, ich habe dich nicht verstanden. Inwiefern unterscheidet sich das, was Sie vorschlagen, vom bestehenden GDI-Design? Wenn es nicht anders ist, dann habe ich deine Frage wohl falsch verstanden
Entschuldigung auch von meiner Seite, es ist ein bisschen schwierig, meine Idee auf Englisch verständlich zu erklären. Nun, wenn Sie die Einspritzung über den gesamten Ansaugtakt verteilen, anstatt sie sofort zu Beginn des Ansaugtakts auf einmal einzuspritzen und zu erwarten, dass sie sich weiter vollständig im Zylinder vermischt, erhalten Sie meiner Meinung nach eine bessere Homogenisierung. Dazu müsste man den Injector teilweise öffnen. Bei DI-Motoren ist das anders, denke ich. Vielleicht überdenke ich einfach Dinge und ich muss aufhören. Die Diskussion kommt nicht wirklich voran, wenn ich Dinge nicht klar erklären kann.
@Bart Wenn Sie dies noch nicht getan haben, schlage ich vor, dass Sie die von mir verlinkten Fragen und Antworten zu den homogenen und geschichteten Betriebsmodi von GDI lesen. Ich sehe keine grundlegenden Unterschiede zwischen dem von Ihnen vorgeschlagenen Ansatz und dem, wozu GDI in der Lage ist
Ich bin mir dieser Phänomene voll bewusst und kenne sie, meine Frage unterscheidet sich dennoch davon. Aber ich glaube nicht, dass ich es besser erklären kann, also lasse ich diese Frage ruhen. Nochmals vielen Dank für Ihre Bemühungen und Beiträge.

Vergessen Sie nicht, dass unter stöchiometrischen Bedingungen (die alle Motorhersteller anstreben) das Luft:Kraftstoff-Verhältnis ziemlich hoch ist (14:1). Injektoren werden üblicherweise unter Berücksichtigung dessen bemessen. Es wird tatsächlich sehr wenig Kraftstoff benötigt, um einen ausreichend großen Knall zu erzeugen, um den Kolben anzutreiben.
Ein interessanter Aspekt ist, dass ältere Kraftstoffeinspritzsysteme tatsächlich den größten Teil des Ansaughubs verwenden würden , unddem Auspufftakt, um die richtige Kraftstoffmenge zu liefern. Der 5M-GE-Motor in meinem alten Supra von 1985 verwendet dieses System; Alle 6 Einspritzdüsen zünden gleichzeitig, einmal pro Umdrehung des Motors. Während eines Einspritzereignisses sind die Einlassventile offen und die Einlassluft nimmt den Kraftstoff auf, wenn sie in den Einlasskrümmer eintritt. Beim nächsten wird das Ventil geschlossen, aber höchstens für Millisekunden (im Leerlauf, weniger bei höheren Drehzahlen). Der Kraftstoff fällt weiter in den Krümmer, aber dies sorgt wahrscheinlich für eine gute Mischung, wenn sich das Ventil wieder öffnet und die nächste Ladung in den Zylinder eintritt. Fast wie das Säen der unteren Hälfte des Luftstroms, dann der oberen Hälfte für jeden Zylinder. Und da die Einspritzdüsen so nah wie möglich an den Einlassöffnungen angeordnet sind, bleibt dem Kraftstoff nur sehr wenig Zeit, aus dem Luftstrom zu tropfen, bevor er in den Zylinder eintritt.
Es gibt neue Motordesigns mit Direkteinspritzung, die mehrere Einspritzvorgänge pro Verbrennungstakt durchführen können - wenn der Motor bei niedriger Last in einem Magermodus läuft und der Fahrer Gas gibt, anstatt die Größe der nächsten Kraftstoffladung zu erhöhen, Die ECU kann den Injektor für eine sofortige Leistungssteigerung direkt in das brennende Gemisch zünden. Diese Art von Design ermöglicht es dem Motor, sehr wenig Kraftstoff zu verbrennen, wenn er nicht benötigt wird, aber dennoch ansprechbar zu sein. Wenn der Speicher dient, hat die Ford EcoBoost-Reihe diese Fähigkeit.

Umm stoich bei 40:1? ... es ist 14,7 zu ​​eins, soweit ich weiß. Außerdem ist stoich nicht per se das, was Hersteller anstreben. Magerverbrennungsmotoren sind eine immer häufigere Sache, wie Sie selbst erwähnt haben. Und ja, PD-Systeme, wenn Sie das meinen, spritzen nicht immer mit der gleichen Geschwindigkeit, aber das ist meiner Meinung nach nicht wirklich als variable Einspritzung verwendbar. Ihre Antwort hat mir jedoch eine neue Perspektive gegeben, um die Dinge zu betrachten, also danke.
@Bart sieht aus, als hätte ich mich verhört, du hast Recht, es ist 14,7, nicht 40. Ich habe meine Antwort korrigiert. Während magere Verbrennung unter Niedriglastbedingungen wünschenswert ist, ist Stoich wünschenswert, wenn der Motor Leistung entwickelt, worauf ich hinauswollte. Du hast aber Recht.
Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich glaube, dass Magermotoren immer noch ziemlich mager laufen (dh> 14,7), wenn Leistung angefordert wird. Sie werden nie stoich. Die Antwort von @SteveRacer scheint dies zu bestätigen, da er zum Webinar 'dr. Stöchiometrisch ist tot'. Sagt genug, denke ich! :) Ich denke, der Grund ist, dass es einfacher wäre, die Emissionen eines mageren Gemisches zu kontrollieren und zu bewältigen. Ich habe gehört, dass sie NOx heutzutage mit Ureum abbauen. Wirklich interessante Technik.

Es gibt; Sie heißen Vergaser. Vorausgesetzt jedoch, dass der Kraftstoff / die Luft zum Zeitpunkt des Zündens der Zündkerze angemessen gemischt ist, spielt nichts anderes eine Rolle.

Kohlenhydrate sind eine ganz andere Sache. Als nächstes geht es genau um meine Zweifel, ob das Gemisch zum Zündzeitpunkt noch richtig gemischt ist.
Die Frage bezieht sich auf Einspritzsysteme. Kohlenhydrate sind außerhalb des Geltungsbereichs
Aber ein Vergaser sorgt für einen konstanten Kraftstoff-/Luftstrom, der mit der entsprechenden Rate gemischt wird.
Auch das stimmt nicht ganz. Ein Vergaser mit konstantem Vakuum kommt ziemlich nahe, aber das AFR eines Vergasers mit nicht konstantem Vakuum hängt auch von z. Beschleunigungspumpeneffekt.
Warum wird die Einspritzung nicht so verwaltet, dass sie den gesamten Ansaughub nutzt?
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