En gnisttändningsmotor med direkt bränsleinsprutning är en typ av kolvförbränningsmotor som, till skillnad från en gnistmotor med enpunkts eller flerpunktsbränsleinsprutning eller förgasarmetod för blandningsberedning, inte brinner endast en homogen blandning.

Bränsle sprutas in direkt i cylindern under insugnings- eller kompressionsslaget med hjälp av insprutningsventilerna, finfördelning och förångning innan tändstiftet tänder blandningen med en gnista.

Direktinsprutad bensinmotorfunktion

En gnisttändningsmotor med direkt bränsleinsprutning skapar en fungerande blandning av bränsle och luft endast i förbränningskammaren, vilket betyder att det är en intern skapelse av blandningen.

Med denna metod för att förbereda blandningen finns det inga kondensförluster orsakade av kondensation av bränsle på inloppsrörets väggar. Tidpunkten för bränsleinsprutningen, såväl som mängden bränsle som sprutas in, är också mycket exakt, tack vare vilken bränsleförbrukningen minskar.

Beroende på belastning, varvtal, motortemperatur och andra parametrar, fungerar gnisttändningsmotorn med direktinsprutning i olika lägen med olika blandningssammansättningar:

1. Läge med en homogen blandning
2. Läge med den homogena driften och mager blandning
3. Läge med den homogena driften och skiktad fyllning
4. Läge med homogen drift och skydd mot knackning av motorn
5. Layered mix mode
6. Läge med den skiktade blandningen och katalysatoruppvärmning

1. Modifiera med en homogen blandning

I detta läge sprutas bränslet in redan under insugningstakten, tack vare vilken tillräcklig tid uppnås för att skapa en enhetligt sammansatt blandning. I det här fallet är det en stökiometrisk blandning λ = 1, där bränslet förbränns fullständigt, i hela sin volym.

Relaterad artikel - 

Stökiometrisk blandning: Vilken typ av blandning är det?

I detta bensinmotorläge med direktinsprutning skiljer sig förbränningsförloppet, bränsleförbrukningen, emissioner och andra parametrar inte mycket från en bensinmotor med flerpunktsinsprutning.

Detta läge är universellt, oavsett motorvarvtal, temperatur eller belastning. Detta skulle dock beröva motorn fördelarna med skiktad fyllning, varför detta läge huvudsakligen används vid höga motorvarvtal och belastningar.

2. Mode med den homogena operationen och mager blandning

I detta läge uppnår bensinmotorn med direktinsprutning lägre bränsleförbrukning än i läget med en homogen blandning på grund av en högre fyllningseffektivitet, eftersom trottelventilen öppnas mer än i läget med en homogen blandning.

Blandningens sammansättning i denna regim är 1 < λ < 2.

3. Mode med homogen drift och skiktad fyllning

I detta läge når luft-bränsleförhållandet värdet λ > 2, och bränslet sprutas in två gånger. Under den första insprutningen, som sker under insugningsslaget, levereras cirka en fjärdedel av bränsleladdningen per cykel till förbränningskammaren, vilket skapar en homogen blandning.

Relaterad artikel - 

Luft-bränsleförhållande: Hur påverkar det motorns prestanda?

Resten av bränslet injiceras endast under kompressionsfasen, medan dess uppgift är att skapa en välantändande rikare blandning i området för tändstiftet.

4. Läge med homogen drift och skydd mot motorknackningar

Detta läge är främst avsett för höga belastningar vid låga motorvarvtal när motorknackning kan inträffa. I detta läge används återigen dubbel bränsleinsprutning som i föregående läge.

Relaterad artikel - 

Motorknackning: Vad är det och hur kan man förhindra det?

En andra omgång bränsle injiceras således under kompressionsfasen, vilket minskar temperaturen och trycket i förbränningskammaren, vilket förhindrar detonationsförbränning.

5. Layered mix-läge

I detta läge sprutas bränsle in i förbränningskammaren under kompressionsslaget strax innan tändstiftet antänder blandningen med en gnista.

Bränslet hinner inte blandas väl med luften, och motorn arbetar med en mager blandning, där luft-bränsleförhållandet är λ > 1, men det finns en välantändbar blandning i området för tändstift, som antänds av en gnista.

Relaterad artikel - 

EGR-ventil: Vad händer om den inte fungerar som den ska?

I detta läge används också intensivt återcirkulation av avgaser från tidigare cykler, tillhandahållen av EGR-ventilen.

Enkelt uttryckt finns det en välantändbar blandning i tändstiftsområdet, och i andra delar av förbränningskammaren finns det en mager blandning av avgaser från tidigare cykler. Det skiktade blandningsläget är mer lämpligt för lägre till medelhöga motorvarvtal.

6. Läge med den stratifierade blandningen och katalysatoruppvärmning

Detta läge används endast för att värma upp katalysatorn till dess driftstemperatur. Motordriftsprincipen under detta läge är densamma som i föregående läge förutom en skillnad.

Relaterad artikel - 

Katalysator: Vad är dess funktion och hur kan den skadas?

Under expansionen sprutas ytterligare ett bränsle in i förbränningskammaren, vilket gör att temperaturen i avgasröret ökar och därmed också temperaturen på katalysatorn.

Förbränning av stratifierad blandning

För att säkerställa kvaliteten på förbränningsprocessen med en skiktad blandning är det nödvändigt att harmonisera formen på förbränningskammaren, botten av kolven, den inbördes placeringen av tändstiftet och injektorn, men också hastigheten på luftflöde, riktning, form och rätt ögonblick för insprutningen av bränslestrålen.

Förbränning av en skiktad blandning kan därför delas in i:

• Förbränning styrd av en bränslestråle - bränslet måste sprutas in nära tändstiftet
• Förbränning styrd av förbränningskammarens väggar - bränslet sprutas in i luftströmmen , som tack vare den lämpliga formen på väggcylindrarna och kolvens botten kommer att föra blandningen av bränsle och luft till tändstiftet vid rätt tidpunkt.

Konstruktionslösning för beredning av skiktad blandning:

1. Direktinsprutning med tändstift och insprutare tätt intill varandra
2. Direktinsprutning med tändstift och insprutare långt ifrån varandra

1. Direktinsprutning med tändstift och injektorer tätt intill varandra

I denna designlösning för beredning av skiktad blandning används strålstyrd förbränning. Injektorn sprutar därför in bränsle i förbränningskammaren, medan bränslestrålen direkt träffar området för tändstiftselektroder.

Fördelar:

• Den stora skiktningen av blandningen på grund av sprutning runt ljusen, tack vare vilken blandningen runt dem alltid är tillräckligt rik, men i resten av förbränningsutrymmet finns det en extremt mager blandning.

Nackdelar:

• Det tar kort tid att förbereda blandningen, vilket minskar dess kvalitet
• Beroende av strålformen på kompressionstryck
• Problem med kallmotorstart
• Höga krav på insprutare

2. Direktinsprutning med tändstift och spridare långt ifrån varandra

I denna strukturella lösning av skiktad beredning av blandningen används förbränning styrd av förbränningskammarens väggar.

Fördelar:

• Längre tid att förbereda blandningen, vilket ökar dess kvalitet
• Bättre blandning av bränsle och luft (mindre skiktning)

Nackdelar:

• Lagringen av blandningen underlättas av formen på förbränningskammaren
• Vid stor turbulens i förbränningskammaren uppnås inte den erforderliga skiktningen av blandningen

Fördelar med bensinmotor med direktinsprutning

• Högre motorprestanda
• Lägre bränsleförbrukning (15 till 30 %)
• Exakt bränsledosering

Nackdelar med bensinmotor med direktinsprutning

• Lägre tillförlitlighet
• Mer krävande konstruktion
• Mer kväveoxider och fasta partiklar produceras vid förbränning av en inhomogen blandning.