Oog voor Techniek: Benzine-injectie met 500+ bar

Op het Wiener Motoren Symposium presenteerde Delphi zijn 500+ bar-inspuitsysteem voor DI-benzinemotoren. Waar is die hoge brandstofdruk voor nodig? En wat komt er bij kijken om ‘m te creëren?

Waarom hogere inspuitdruk? (Deel 1)

Het tijdperk van de elektrische auto komt eraan. De ontwikkeling van geheel nieuwe verbrandingsmotoren komt geleidelijk tot stilstand. Maar in het komende decennium zal het overgrote deel van de nieuw verkochte auto’s nog wel degelijk een verbrandingsmotor hebben. Verbeteringen aan bestaande motorontwerpen hebben daarom nog steeds een enorme invloed op de uitstoot van broeikasgas CO2 door het verkeer. En nu de dieselmotor uit de gratie is, moeten die verbeteringen toch vooral van de benzinemotor komen. Hoe je dat doet? “De inspuitdruk verhogen”, zegt Delphi. Dat maakt DI-benzinemotoren zuiniger én schoner, zonder dat ingrijpende wijzigingen aan de motorarchitectuur nodig zijn.

Vijf keer zo hoog in 25 jaar

De eerste DI-benzine-injectiesystemen dateren van het einde van de vorige eeuw. Ze werkten met 100 bar druk en voldeden voor Euro 2 en 3. Vanaf 2005, met de stap naar Euro 4, kwamen de 200 bar-systemen. En in 2016, met de RDE-rijtesten als onderdeel van de nieuwe WLTP-typegoedkeuringsprocedure, introduceerde Delphi zijn 350 bar DI-injectiesysteem. Daarmee zijn we nog niet aan het einde. Op het jongste Wiener Motoren Symposium kondigde Delphi een 500+ bar-systeem aan voor het ‘post Euro 6d’-tijdperk. Serieproductie in 2022.

Delphi 500 bar

500+ bar injector

Delphi’s nieuwe 500+ bar injector heet Multec 16. Hij wordt de opvolger van de 400 bar Multec 14, die in 350 bar injectiesystemen wordt gebruikt. De prestaties van zo’n injector grenzen aan het ongelofelijke. Zo kan de Multec 16 injectiepulsjes van een halve milliseconde geven. Ook een onderbrekinkje tussen twee pulsjes hoeft maar 0,5 ms te duren.

Dankzij de hogere druk spuit de Multec 16 per tijdseenheid meer brandstof in dan zijn voorganger. De nieuwe injector heeft voor 10 mg benzine ongeveer 1,2 ms nodig, terwijl dat bij voorganger Multec 14 nog 1,5 ms vraagt (en bij het 200 bar-systeem zelfs 2,3 ms).

Delphi 500 bar

Door de zeer fijne verneveling van de brandstof wordt de hoek waaronder de spray zich verspreidt net wat groter dan bij het 350-systeem. Belangrijk, anders zou de spray verder doordringen en op de cilinderwand of zuiger kunnen neerslaan.

Waarom hogere inspuitdruk? (Deel 2)

Hoe verhoog je het rendement van een verbrandingsmotor? Motorontwikkelaars hebben zeven knoppen om aan te draaien (zie kader: Meer weten?). Twee daarvan zijn de verbrandingstiming en de verbrandingssnelheid. Als direct na BDP de volle verbrandingsdruk op de zuiger staat, draagt die veel bewegingsenergie over aan de krukas. Is de verbrandingsdruk geleidelijk uitgesmeerd over de hele arbeidsslag, dan verdwijnt veel meer energie als warmte in de uitlaat.

Die timing en verbrandingssnelheid kun je in een DI-benzinemotor verbeteren door laat te injecteren. Dat versterkt namelijk de weerstand tegen kloppen en het verhoogt de verbrandingssnelheid. Waarom dan niet alle motorconstructeurs een slinger geven aan die twee knoppen? Omdat laat injecteren het brandstof-luchtmengsel minder tijd geeft om homogeen te worden. En dat uit zich in de uitstoot van meer ultrakleine fijnstofdeeltjes.

Een hogere brandstofdruk biedt een uitweg in deze impasse. Die vernevelt de brandstofdeeltjes fijner, zodat het mengsel sneller homogeen is. Dat maakt later injecteren mogelijk zodat de klopgrens verder weg ligt, zonder dat de motor dat afstraft met deeltjesuitstoot. Delphi claimt dat de stap van 350 naar 500 bar inspuitdruk de (engine-out) deeltjesuitstoot (PN) in de WLTP met 50 procent terugbrengt, bij een 0,5 tot 1 procent lager brandstofverbruik.

Hogedrukpomp GFP3

Delphi 500 bar

Bij DI-benzinemotoren wordt de plunjer van de hogedrukbrandstofpomp in de regel aangedreven door een extra nok op een nokkenas. Een hogere brandstofdruk veroorzaakt daar grotere krachten, net als op de pomp zelf. Zo zijn het pomphuis en de flens samen uit één smeedstuk gevormd. Daardoor staat de as van de plunjerboring perfect loodrecht op de flens. Dat voorkomt zijdelingse krachten op plunjer en pompgeleider.

In dat gebied komt het allemaal heel nauw. Een hogere druk betekent namelijk ook meer lek langs de plunjer. Dat is slecht voor het pomprendement. Omdat die lek het ergst is bij lage pomptoerentallen, is het probleem het grootst bij de start. Veel lek leidt er dan toe dat de raildruk traag op niveau komt en de motor meer tijd nodig heeft om aan te slaan.

De speling tussen plunjer en geleider verkleinen dan? Helaas, daar is benzine te schraal voor. Dus bedacht Delphi een andere oplossing: een polymeer afdichtring rond de plunjer. Die verhoogt weliswaar de wrijving, maar de beperking van de lek weegt daar ruim tegenop. Zo ruim zelfs dat Delphi de plunjerdiameter van de nieuwe pomp kon verkleinen.

De 350 bar-GPF2 heeft afhankelijk van het motorvermogen een plunjer van 8, 9 of 10 mm, de GPF3 komt er met plunjerdiameters van 6 tot 9 mm. Dat beperkt ook meteen de extra belasting op nok en rolstoter.

Bron: AMT.nl

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

search previous next tag category expand menu location phone mail time cart zoom edit close