Warum Injektoren eine Schlüsselrolle einnehmen

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Das Kraftstoffeinspritzsystem und speziell die Injektoren nehmen im Zeitalter der Hochdruck-Direkteinspritzung als Bindeglied zwischen Motorsteuerung und innermotorischer Verbrennung eine Schlüsselrolle ein. So schreibt Alexander Heintzel in seinem Editorial Rohemissionen effektiv senken für die MTZ 7-8/2017: "Insbesondere unter Realfahrbedingungen nimmt ihre Rolle bei der Reduktion von Motorrohemissionen bei gleichzeitig steigender Effizienz zu. Die Einspritzstrategie wird damit immer mehr ein essenzieller emissionsrelevanter Bestandteil der gesamten Betriebsstrategie eines Fahrzeugs."

Grund genug für die Automobilhersteller und ihre Zulieferer, die Einspritztechnik immer weiter zu verfeinern und zu optimieren. So hat Bosch ausgehend von den Anforderungen durch Marktentwicklung, Gesetzgebung und Endkunden eine neue Generation Benzin-Direkteinspritzsysteme präsentiert, mit der eine Reduktion der Partikelanzahl unter RDE-Randbedingungen um circa 80 Prozent möglich sein soll. In ihrem Artikel Neue Generation Benzin-Direkteinspritzsysteme von Bosch für die MTZ 7-8/2017 beschreiben Thomas Pauer, Hakan Yilmaz, Joachim Zumbrägel und Erik Schünemann die Entwicklungsarbeiten und das neue System. 

Optimierte Gemischaufbereitung für niedrigere Partikelemissionen

Wesentliche Eigenschaften sind demnach eine optimierte Gemischaufbereitung für niedrigere Partikelemissionen durch Systemdruckanhebung auf 35 MPa bei gleichzeitiger NVH-Verbesserung, ein erweiterter, eng tolerierter Injektorbetriebsbereich mit CVO3-Software-Funktionalitäten und Qstat-Adaption sowie eine verbesserte Mehrfacheinspritzfähigkeit. Eine optimierte Injektorkuppengeometrie trage zusätzlich zur Reduzierung der Partikelemissionen infolge eines Kraftstoffwandfilms auf der Injektorspitze bei. "Die neue Generation zeichnet sich durch hohe Kompaktheit, Modularität und Flexibilität zur Erfüllung kundenspezifischer Anforderungen aus und ist für den weltweiten Einsatz bezüglich EVAP, Useful Life und Kraftstoffqualitäten ausgelegt", so die Autoren. Die neue Generation Benzin-Direkteinspritzsysteme werde aktuell in Serie eingeführt und schrittweise in das weltweite Produktionsnetzwerk ausgerollt.

Da die Entwicklungsarbeiten an den Injektoren mit viel Prüfaufwand verbunden ist, kommt der Entwicklungsmethodik und den eingesetzten Werkzeugen eine besondere Bedeutung zu. Hyundai setzt in diesem Zusammenhang auf ein neu entwickeltes Hardware-in-the-Loop(HiL)-Konzept, kombiniert mit einem hochflexiblen Endstufensteuergerät. In ihrem Beitrag Neuer methodischer Ansatz zur Injektorbewertung am Vollmotor für die MTZ 7-8/2017 zeigen Roland Steininger und Johannes Ullrich die Vorteile dieses Vorgehens auf. Die Kombination von Labormesstechnik und Motorprüfstandsdaten, so die Autoren, biete einen wesentlich tieferen Einblick in übergreifende Zusammenhänge – und führt so zu einer besseren Redundanz in der Analytik. 

Deutlich verkürzte Robustheitstests

Als Beispiel nennen sie das seit langem bekannte Problem, dass auf dem Motorprüfstand Düsenverkokung einerseits zwar schnell, reproduzierbar und in repräsentativem Maße generiert werden kann, andererseits aber eine korrekte Quantifizierung derselben nicht möglich ist. Dem soll das neue Vorgehen den Autoren zufolge entgegenwirken: 

Mit der Einführung der neuen Methodik zur schnellen Integration von Injektoren in Motoren ist Hyundai in der Lage, die Durchführung von Robustheitstests von neuen Injektorkonzepten maßgeblich zu verkürzen", so die Autoren. 

Diesen Vorteil werde das Unternehmen künftig in der Vor- und Serienentwicklung nutzen, um in der Entwicklung insgesamt Zeit und Kosten zu sparen und gleichzeitig die Produktqualität weiter zu verbessern.

Die Komplexität in der Entwicklung setzt sich auch in der Produktion fort. Dem will Mazda mit einem Common-Architecture-Konzept sowie einem flexiblen Fertigungskonzept entgegenwirken. Dadurch entstehen nach Aussagen von Ichiro Hirose, der als Managing Executive Officer bei Mazda die Antriebsstrang- und Fahrzeugentwicklung ebenso verantwortet, wie die Produktplanung, neue Freiheitsgrade in der Motorenkonstruktion. Im Interview Ein höheres Lambda ist unerlässlich für die MTZ 7-8/2017 konstatiert Hirose: "Seit Einführung dieses Konzepts sind wir sogar in der Lage, eine Mischproduktion von Motoren mit verschiedenen Hubvolumen zu fahren. Trotz wechselndem Produktionsbedarf können wir damit eine maximale Auslastung erreichen. Ohne Kompromisse eingehen zu müssen, können wir somit sowohl Produktivität als auch Funktionalität sicherstellen. Trotz der Variantenvielfalt in der Produktion ist es möglich, spätere Weiterentwicklungen mit geringerem Aufwand einzuführen."