Benzineinspritzung

Einspritzdüse für Einpunkt-Saugrohreinspritzung

Die Benzineinspritzung ist eine Methode, ein zündfähiges Benzin-Luft-Gemisch für einen Verbrennungsmotor zu erzeugen. Sie wurde während des zweiten Weltkriegs für Flugmotoren entwickelt und in den fünfziger Jahren in Sportwagen und Kleinwagen mit Zweitaktmotoren verwendet. Gegen Ende des 20. Jahrhunderts löste sie bei Pkw-Ottomotoren den Vergaser ab. Diese Entwicklung setzte in den 1960er Jahren bei Oberklasse-Fahrzeugen ein, wohingegen bei Kleinwagen noch bis in die frühen 1990er Jahre Vergasermotoren verwendet wurden. Bei Motorrädern hingegen wurden Vergaser durch Einspritzanlagen erst nach der Jahrtausendwende ersetzt. Wie zuvor bei den Pkw, begann dies zunächst bei den hubraum- bzw- leistungsstärksten Modellen. Der Grund für die verzögerte Einführung bei Motorrädern ist darin zu sehen, dass bei Vergasermodellen die Gasannahme sanfter und gleichmässiger ist und Lastwechsel weniger abrupt vonstatten gehen. Auch das Konstantfahrtruckeln ist ein einspritzertypisches Problem, welches sich durch das geringe Gewicht der Motorräder im Vergleich zu PKWs besonders störend bemerkbar macht. Es gelang erst im Laufe der Jahre, diese Charakteristik der Einspritzung so weit in den Griff zu bekommen, dass auch Motorräder damit ausgestattet werden konnten.

Vorteile

Die Technik der Benzineinspritzung ist relativ alt. Den Durchbruch erreichte diese Technik allerdings erst in den 70er Jahren, als die Preise für Rohöl in die Höhe schnellten und es galt, neue verbrauchsarme Motoren zu entwickeln. Parallel dazu kam der entscheidende Durchbruch in der Elektronik. Die Kombination beider Systeme führte zu verbesserten Verbrauchswerten und gleichzeitig verringerten Emissionswerten.

Gegenüber der Unterdrucktechnik beim Vergaser ergeben sich folgende Vorteile:

geringerer Kraftstoffverbrauch
Erhöhung der Literleistung der Motoren
bessere Regulierung des Abgasverhaltens (Lambdaregelung)
gute Regelung bei verschiedenen Motorzuständen, zum Beispiel Warmlauf oder Schubabschaltung

Technik

Bei der mechanischen Abspritzung ist der last- und drehzahlabhängige Kraftstoffverbrauch auf einem Nocken abgebildet, der je nach Drehzahl und Gaspedalstellung gedreht und verschoben wird. Die Oberfläche des Nockens wird von einem Stift abgetastet, der über ein Gestänge die Regelung der Einspritzpumpe betätigt. Im Gegensatz zur mechanischen Einspritzung wird die Luftmenge bei elektronischen Einspritzanlagen mit einem Luftmassenmesser gemessen. Aus diesem und anderen Werten (Restsauerstoff im Abgas, Wassertemperatur, Fahrpedalstellung) wird durch die Motorsteuerung die optimale Einspritzmenge errechnet. Eine meist elektrische Einspritzpumpe und ein Druckregulierer versorgen die elektromagnetischen Einspritzventile.

Ein Katalysator kann nur bei einem nahezu exakt stöchiometrischem Verhältnis (Lambda = 1 - das heißt 1 kg Benzin auf 14 kg Luft) des Kraftstoff-Luft-Gemisches alle Schadstoffe (sowohl CO als auch NOx) aus dem Abgas entfernen. Dies erfordert eine genaue Messung der angesaugten Luftmasse mittels Luftmassenmesser, und eine genaue Dosierung des Kraftstoffs zur Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Die mechanischen Komponenten eines Vergasers erwiesen sich hiermit als überfordert, als die gesetzlichen Zulassungsbestimmungen immer geringere Schadstoffemission verlangten. Die gesetzlichen Regelungen bezüglich der Emissionswerte können mit Vergasern heutzutage nicht mehr eingehalten werden, da Vergasermotoren oft mit zu ungenau eingestellten Kraftstoff-Luft-Gemischen fahren, bei denen vom Katalysator nicht alle Schadstoffe abgebaut werden können.

Arten

Beim Prinzip der Einspritzung wird unterschieden zwischen einer Direkteinspritzung und einer Saugrohreinspritzung:

Bei der Direkteinspritzung wird mit einem Einspritzventil der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt. Dabei kann Kraftstoff ungleichmäßig verteilt werden, um so im Teillastbereich ein nur im Bereich der Zündkerze zündfähiges Gemisch bereitzustellen (Schichtladung).

Die ersten Serienfahrzeuge mit Benzin-Direkteinspritzung waren der Gutbrod Superior (1951), der Goliath GP 700 (1952) und der Mercedes 300 SL(Mercedes W198,1954). Wesentlich später griff Mitsubishi Motors diese Technik bei den GDi-Motoren wieder auf.

Bei der Saugrohreinspritzung wird die Gemischbildung nicht im Brennraum, sondern vor dem Einlassventil, hinter der Drosselklappe vorgenommen. Es kann zwischen Einpunkt- und Mehrpunkteinspritzung (Singlepoint bzw. Multipoint Injection) unterschieden werden.

Es gibt folgende Grundarten von Benzineinspritzungen

Die hier verwendeten Bezeichnungen sind Entwicklungen der Firma Bosch. Es gibt sie in vielen Abwandlungen und Varianten aller Fahrzeughersteller und demzufolge auch mit den unterschiedlichsten Bezeichnungen.