Kraftstoffeinspritzung

Einspritzanlage der Yamaha FZ6

Die Kraftstoffeinspritzung ist eine Methode, ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch für einen Verbrennungsmotor zu erzeugen. Folgende Grundarten werden unterschieden:

• Benzineinspritzung - Dieseleinspritzung
• Saugrohreinspritzung - Direkteinspritzung - Wirbelkammereinspritzung - Vorkammereinspritzung
• mechanische Einspritzung - elektronische Einspritzung

Technik

Bei der mechanischen Einspritzung ist der last- und drehzahlabhängige Kraftstoffverbrauch auf einem Nocken abgebildet, der je nach Drehzahl und Drosselklappenstellung 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 oder indirekt über ein Drosselklappenpotenziometer gemessen. Aus diesem und anderen Werten (Restsauerstoff im Abgas, Kühlwassertemperatur, Drosselklappenstellung) wird durch das Motorsteuergerät die optimale Einspritzmenge errechnet. Eine, meist elektrische, Einspritzpumpe und ein Druckregulierer versorgen die elektromagnetischen Einspritzventile.

Wichtig bei Ottomotoren: 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 die Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffmonoxid (NOx) aus dem Abgas entfernen. Dies erfordert eine genaue Messung der angesaugten Luftmasse mittels Luftmassenmesser (oder zumindest indirekt über ein Drosselklappenpotenziometer) und eine genaue Dosierung des Kraftstoffs zur Zusammensetzung des Gemisches. Die mechanischen Komponenten eines Vergasers sind hier überfordert, zumal die gesetzlichen Zulassungsbestimmungen immer geringere Schadstoffemission verlangen. Die Grenzwerte können mit Vergasern heutzutage kaum mehr eingehalten werden, da Vergasermotoren oft mit zu ungenau eingestellten Kraftstoff-Luft-Gemischen fahren, bei denen vom Katalysator nicht alle Schadstoffe abgebaut werden können.

Die Versorgung der Einspritzventile mit der nötigen Kraftstoffmenge kann durch folgende Bauteile erfolgen:

• Verteiler-Einpritzpumpe
• Common-Rail-Einspritzpumpe
• Pumpe-Düse-Einheit

Während die Verteiler-Einspritzpumpe bis vor nicht all zu langer Zeit dominierte und Volkswagen mit dem Pumpe-Düse-System einen teuren Alleingang unternahm, hat sich die Common-Rail-Einspritzung mittlerweile als Standard im Motorenbau (sowohl Diesel- als auch Ottomotor) etabliert. Durch die Common-Rail-Technik ist es möglich, hohe Einspritzdrücke zu generieren sowie die Einspritzmenge und -dauer völlig unabhängig vom Kurbelwinkel zu gestalten und so auch eine Mehrfacheinspritzung zu ermöglichen.

Benzineinspritzung

Die Technik der Benzineinspritzung ist eigentlich relativ alt, sie wurde während des zweiten Weltkriegs für Flugmotoren entwickelt und in den fünfziger Jahren in Sportwagen und Kleinwagen mit Zweitaktmotoren verwendet. Den Durchbruch erreichte sie allerdings erst in den 1970er 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. Mitte der 1990er Jahre löste sie bei Pkw-Ottomotoren den Vergaser nahezu vollständig ab.

Bei Motorrädern hingegen wurden die Vergaser erst nach der Jahrtausendwende verstärkt durch Einspritzanlagen ersetzt. Wie zuvor bei den Pkw, begann dies zunächst bei den hubraum- bzw- leistungsstärksten Modellen. Auf Grund der verschärften Abgasbestimmungen gibt es seit etwa 2008 kaum noch neue Motorräder mit Vergasermotoren.

Vorteile

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, Schubabschaltung, Höhenkompensation
• Weniger Wartungs- und Reinigungsaufwand als bei Vergasern

Arten

Bei der Benzineinspritzung wird unterschieden zwischen Direkteinspritzung und klassischer Saugrohreinspritzung:

• Bei der Direkteinspritzung wird mit einem zentral im Zylinderkopf sitzenden 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). Bei Pkw´s setzt sich diese Form der Einspritzung dank moderner Katalysatorentechnik gerade erst durch, bei Motorrädern findet man derzeit noch keine Direkteinspritzer-Ottomotoren.

• Bei der klassischen Saugrohreinspritzung wird die Gemischbildung nicht im Brennraum, sondern vor dem Einlassventil, hinter der Drosselklappe vorgenommen. Es kann hier zwischen Einpunkt- und Mehrpunkteinspritzung (Singlepoint bzw. Multipoint Injection) unterschieden werden, bei letzterer hat jeder Zylinder ein eigenes Einspritzventil. Diese Form der Einspritzung wird derzeit bei Motorrädern am häufigsten verwendet.

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