Benzindirekteinspritzung (Gasoline Direct Injection, GDI) verspricht Effizienz und Leistung – doch sie bringt auch neue Herausforderungen bei der Emissionskontrolle mit sich. Entscheidend für eine sauberere Verbrennung: die präzise Messung des Kraftstoffdrucks.
Bis 2025 sollen weltweit rund 40 Millionen Fahrzeuge mit GDI-Motoren verkauft werden. Umso relevanter ist die Tatsache, dass diese Motoren – trotz ihrer Effizienz – häufig mehr Feinstaubpartikel emittieren als moderne Dieselmotoren mit Partikelfilter.
Mit zunehmender Verbreitung geraten diese Emissionen stärker in den Fokus von Regulierungsbehörden und OEMs. Ziel ist es, Feinstaub zu minimieren, ohne Leistungseinbußen hinnehmen zu müssen. Ein Schlüssel dazu liegt in der präzisen Steuerung und Messung des Einspritzdrucks.
Ingenieure und Ingenieurinnen setzen bei der Weiterentwicklung von GDI-Motoren auf verschiedene Ansätze: höhere Kraftstoffdrücke, optimierte Einspritzzeitpunkte, feinere Zerstäubung sowie alternative Kraftstoffe. Laut Ford-Forschungsexperte Matti Maricq ermöglicht die direkte Einspritzung in den heißen Bereich der Brennkammer eine effizientere und sauberere Verbrennung – mit höherer Leistung und geringerem Verbrauch.
Allerdings führen Faktoren wie unvollständige Verdampfung, benetzte Zylinderflächen und kraftstoffreiche Zonen gerade bei Kaltstart und Lastwechsel zu unerwünschten Partikelemissionen.
Eine aktuelle SAE-Studie zeigt: Höhere Kraftstoffdrücke – etwa zwischen 20 und 40 MPa – verbessern die Homogenität der Luft-Kraftstoff-Mischung und reduzieren die Bildung von Diffusionsflammen. Das Ergebnis: signifikant weniger Feinstaubpartikel bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Leistung.
Für die präzise Steuerung der Einspritzung ist die exakte Messung des Kraftstoffdrucks in der Common-Rail-Leitung (CR) entscheidend. Bereits kleinste Abweichungen können die Modulation des Drucks verfälschen und die Effizienz sowie Emissionswerte negativ beeinflussen.
Die meisten Direkteinspritzsysteme nutzen piezoresistive Drucksensoren auf der Niederdruckseite. Auf der Hochdruckseite kommen Metallmembransensoren mit Dehnmessstreifen (DMS) zum Einsatz. Diese erzeugen elektrische Spannungsänderungen, die vom Steuergerät in präzise Druckwerte umgerechnet werden – typischerweise mit einer Genauigkeit von ±2 %.
Moderne Systeme arbeiten meist ohne Rücklauf, dafür mit integrierten Temperatursensoren, um die Kraftstoffdichte zu erfassen. Diese Information ermöglicht eine optimierte Einspritzung bezogen auf den Energiegehalt des Kraftstoffs.
Die präzise Erfassung des Leitungsdrucks in Echtzeit ist entscheidend, um:
STS bietet für solche Hochdruckanwendungen mehrere bewährte Lösungen:
GDI-Motoren vereinen Effizienz und Dynamik – aber auch erhöhte Anforderungen an die Emissionskontrolle. Die exakte Messung des Einspritzdrucks mithilfe fortschrittlicher Sensorik ist dabei ein zentraler Stellhebel. Sie ermöglicht eine optimierte Verbrennung, reduziert Partikelemissionen und sichert die Einhaltung zukünftiger Umweltstandards.