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Benzineinspritzung

Die Benzineinspritzung ist die heute gängigste Methode, ein zündfähiges Benzin-Luft-Gemisch für einen Verbrennungsmotor zu erzeugen.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Die Idee der Benzineinspritzung ist fast so alt wie der Verbrennungsmotor selbst: Schon 1884 konstruierte Johannes Spiel bei der Halleschen Maschinenfabrik einen Stationärmotor mit einer mechanischen Einspritzpumpe. 1912 erprobte Bosch einen Motor mit einer umgebauten Schmierölpumpe ("Bosch-Öler") zur Benzineinspritzung; allerdings ohne durchschlagenden Erfolg. Ein Einzelstück blieb 1930 ein Rennmotorrad von Moto Guzzi mit einer elektrischen Benzineinspritzung.

mechanische Einspritzung

Die erste mechanische Einspritzung im Serieneinsatz wurde Mitte der 1930er Jahre für den Motor DB 601 des Jagdflugzeuges Bf 109 entwickelt, da sie den entscheidenden Vorteil einer lageunabhängigen Funktion besitzt und nicht wie ein Vergaser zu Aussetzern neigt. Der damalige Konstrukteur bei Daimler-Benz, Hans Scherenberg wurde später Entwicklungsleiter bei der Firma Gutbrod.

Im Deutschland der 1950er Jahre wurden Kleinwagen mit Zweitaktmotoren (Gutbrod - 1951) und Sportwagen (Mercedes 300 SL - 1954) damit ausgestattet. Wegen der aufwendigen Herstellung wird die mech. Einspritzung bei Pkw nicht mehr eingebaut. Das letzte Modell mit einer (komplizierten) mechanischen Benzineinspritzpumpe war der Mercedes 600, der bis 1981 gebaut wurde. Die einfachere, ebenfalls mechanische K-Jetronic wurde dagegen noch bis Ende der 1980er Jahre verbaut.

elektronische Einspritzung

Das erste Serienfahrzeug mit einer elektronischen Benzineinspritzung war das US-Modell Chrysler 300 von 1958. Erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts löste die elektronische Benzineinspritzung den Vergaser völlig ab.

Einsatz in Deutschland

In Deutschland wurde schon Ende der 1950er Jahre bei Oberklasse-Fahrzeugen (Mercedes 300 "Typ Adenauer") (mechanische) Einspritzanlagen eingebaut, wohingegen bei Kleinwagen noch bis in die frühen 1990er Jahre Vergasermotoren verwendet wurden. Ende der 1960er Jahre wurde die neue elektronische Einspritzung (Bosch D-Jetronic) zuerst in der US-Ausführung des VW 1600 eingebaut, der als VW 1600 LE auch in Deutschland angeboten wurde. Die weniger aufwendige mechanische K-Jetronic wurde dann ab 1974 verwendet und ersetzte bei vielen Pkw-Modellen die damals noch teuren und auch anfälligen elektronischen Anlagen.

Motorräder

Bei Motorrädern hingegen wurden Vergaser durch Einspritzanlagen erst allmählich ab Anfang der 80er Jahre ersetzt (z.B. BMW 4-Zylinder schon ab 1984); ab der Jahrtausendwende dann vermehrt. 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 durch leistungsfähigere Motorsteuergeräte diese Charakteristik der Einspritzung so weit in den Griff zu bekommen, dass auch Motorräder damit ausgestattet werden konnten.

Vorteile

Gegenüber der Unterdrucktechnik beim Vergaser ergeben sich folgende Vorteile:

Technik

Bei der mechanischen Kugelfischer-Einspritzung ist der last- und drehzahlabhängige Kraftstoffverbrauch auf einem Steuernocken ("Raumnocken") abgebildet, der je nach Drehzahl und Gaspedalstellung gedreht und verschoben wird. Die Oberfläche des Nockens wird von einem Stift abgetastet, der den Hub der Einspritzpumpe und damit die zugeteilte Benzinmenge beeinflusst.

Die Bosch-Variante regelt hingegen die Kraftstoffzufuhr durch eine schräge Steuerkante der einzelnen Pumpenelemente (Kolben), die über eine Zahnstange gemeinsam verdreht werden. Diese Zahnstange wird außer über die Gaspedalstellung noch über andere Stellgrößen (Luftdruck/Temperatur) beeinflusst.

Im Gegensatz zur mechanischen Einspritzung wird bei elektronischen Einspritzanlagen auch die angesaugte Luftmenge mit einem Luftmassenmesser gemessen. Aus diesen und anderen Werten (Restsauerstoff im Abgas, Kühlwassertemperatur, Drosselklappenstellung, Motordrehzahl, etc.) wird von der Motorsteuerung die optimale Einspritzmenge errechnet. Eine meist elektrische Einspritzpumpe nebst Druckregulierer stellen einen konstanten Kraftstoffdruck bereit. Über die Öffnungszeit der elektromagnetischen Einspritzventile wird dann die Einspritzmenge bestimmt.

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:

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

Die Firma Bosch ist Hersteller der Typen:

Auch andere Firmen fertigen Benzineinspritzsysteme mit den unterschiedlichsten Bezeichnungen z.B das Multec von General Motors. Mechanische Systeme wurden in Italien von Firma Spica z.B. für den Alfa Romeo Montreal und in England von Lucas für den Triumph TR5 produziert.

In den 1960er Jahren hatte die Firma Kugelfischer eine mechanische Benzineinspritzung entwickelt, die z.B. im BMW 2000 tii (1969), Ford Capri RS 2600 (1970) und Peugeot 504 eingesetzt wurde. Kugelfischer-Einspritzsysteme wurden 1979 von Bosch übernommen, die Ersatzteile für die Anlagen bis 1989 weiter anbot.

Quellen