De dieselmotor wordt nog schoner

De auto-industrie werkt hard aan het verder terugdringen van de emissies van dieselmotoren. Maatregelen op dit gebied zijn onder meer direct aangestuurde injectoren en een motorregeling aan de hand van de gemeten druk in de cilinder.

De toekomstige emissie-eisen voor diesels zijn zo streng, dat deze volgens Volkswagen niet gerealiseerd kunnen worden met de motorconcepten van vandaag. Een antwoord van Volkswagen is het regelen van de druk in de cilinders, die wordt gemeten met behulp van een in de gloeibougie aangebrachte druksensor. Een dergelijke gloeibougie werd in 2006 al gepresenteerd. De continu gemeten drukwaarden worden door het motormanagement omgezet in variabelen, waaronder het geïndiceerde koppel van elke cilinder. Het geïndiceerde koppel is een functie van onder meer de geïndiceerde gemiddelde druk.

Corrigeren voor spreidingen

De ene dieselmotor is de andere niet, zelfs niet als het op papier twee exact dezelfde motoren betreft. Elk onderdeel in de motor heeft toleranties, daarnaast is een krachtbron in de loop van de tijd onderhevig aan slijtage en vervuiling. Dit heeft invloed op de emissiewaarden. Neem als voorbeeld de hoeveelheid brandstof die tijdens de hoofdinjectie wordt ingespoten. Veroudering, slijtage en toleranties kunnen leiden tot een wijziging van deze hoeveelheid. Door de meting van de cilinderdruk en de berekening van het geïndiceerde koppel kan het motormanagement compenserende maatregelen treffen. Volkswagen heeft aangetoond dat de spreiding in de hoeveelheid geïnjecteerde brandstof op deze manier aanzienlijk kan worden beperkt. Ook invloeden zoals verschillende brandstofkwaliteiten en storingen in de hoeveelheid gerecirculeerd uitlaatgas kunnen gedeeltelijk worden gecompenseerd.

Na-injectie

De emissies van een moderne dieselmotor kunnen verder beperkt worden door de toepassing van een na-injectie, na de hoofdinjectie. Dat is niets nieuws. Een nadeel van moderne common rail dieselmotoren met pi├źzo-injectoren is dat de na-injectie flink wordt be├»nvloed door de drukgolf tussen de ÔÇśrailÔÇÖ en de injector. Dat maakt het erg moeilijk om de juiste hoeveelheid na te injecteren brandstof te bepalen. Daarbij komt dat de totale hoeveelheid brandstof die wordt ge├»njecteerd tijdens de hoofd- en na-injectie constant dient te zijn. Volkswagen lost dit op door de hoeveelheid brandstof tijdens de hoofdinjectie te corrigeren, zodat de totale hoeveelheid ge├»njecteerde brandstof overeenkomt met de gewenste hoeveelheid. Direct aangestuurde injector Mercedes-Benz verwacht onder meer veel van een direct aangestuurde injector, waarbij het servohydraulische deel vervalt. De verstuivernaald wordt in dit geval bediend door een pi├źzo-actuator. De direct aangestuurde injector biedt diverse voordelen ten opzichte van de servoh draulisch bediende exemplaren. De injector heeft minder last van de hierboven genoemde drukgolven, een belangrijk voordeel daarvan is dat de injectiehoeveelheid tijdens de hoofdinjectie nagenoeg onafhankelijk is van de voorinjectie. Servohydraulische injectoren vertonen ook op dit gebied relatief grote variaties.

Straalimpuls

Moderne diesels hebben een relatief lage compressieverhouding, dat komt de uitstoot van fijnstof en NOx ten goede. Dit wordt vooral gerealiseerd door de kom in de zuigerbodem te vergroten. Om met de brandstof de aldus ontstane grotere verbrandingskamer te bereiken, dient de straalimpuls van de injectie toe te nemen. De straalimpuls wordt bij volledig geopende injector vooral door de raildruk beïnvloed, bij het openen en het sluiten van de injector speelt de openings- en sluitsnelheid van de verstuivernaald de belangrijkste rol. Ook op dit gebied is de direct aangestuurde injector de servo-hydraulische exemplaren de baas. De direct aangestuurde injector bevat geen retourleiding, de hogedrukpomp kan hierdoor kleiner uitgevoerd worden.