„Benzineinspritzung“ – Versionsunterschied

[[Datei:Einspritzduese.jpg|mini|Einspritzdüse einer Einpunkt-Saugrohreinspritzung]]

[[Datei:Multi-point Gasoline fuel injection rail.jpg|mini|Einspritzdüsen der Mehrpunkt-Saugrohreinspritzung]]

[[Datei:3.5EcoboostCombustion.jpg|mini|Brennraum eines Motors mit Benzin-Direkteinspritzung. Einspritzdüse rechts oben im Bild.]]

Die '''Benzineinspritzung''' ist die heute gängigste Methode, ein zündfähiges [[Motorenbenzin|Benzin]]-Luft-Gemisch für einen [[Ottomotor]] zu erzeugen. Dabei gibt es zwei anhand der Einspritzdüsenposition voneinander zu unterscheidende Systeme: Die '''[[Direkteinspritzung]]''', bei der der Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum eingespritzt wird und die '''[[Benzineinspritzung#Saugrohreinspritzung|Saugrohreinspritzung]]''', bei der der Kraftstoff indirekt hinter der Drosselklappe eingespritzt wird. Bei der Saugrohreinspritzung ist zwischen ''Einpunkt-'' und ''Mehrpunkteinspritzung'' zu unterscheiden; während die Einpunkteinspritzung nur eine Einspritzdüse für alle Zylinder unmittelbar hinter der Drosselklappe hat, ist bei der Mehrpunkteinspritzung für jeden Zylinder eine Einspritzdüse vor dem Einlassventil eingebaut.

== 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 [[Robert Bosch (Unternehmen)|Bosch]] einen Motor mit einer umgebauten Schmierölpumpe („Bosch-Öler“) zur Benzineinspritzung; allerdings ohne durchschlagenden Erfolg. Durch die im Vergleich zum Vergaser erheblich höheren Herstellungskosten fanden mechanische Einspritzsysteme keine flächendeckende Verbreitung. Erst mit Aufkommen der elektronischen Benzineinspritzung wurden [[Vergaser]] zum Einsatz an Ottomotoren im Laufe der 1990er Jahre verdrängt. Die für die Funktion des Abgaskatalysators genau definierte Abgaszusammensetzung war mit elektronischen Systemen einfacher und billiger zu erreichen als mit Vergasern.

=== Mechanische Einspritzung ===

Die beiden ersten in Serie gefertigten mechanischen Einspritzanlagen für [[Benzindirekteinspritzung]] wurden parallel ab ca. 1934 bei den [[Junkers Flugzeug- und Motorenwerke]]n für deren Flugmotor [[Junkers Jumo 210|Jumo 210 G]] und bei der [[Daimler-Benz|Daimler-Benz AG]] in Zusammenarbeit mit [[Robert Bosch (Unternehmen)|Bosch]] für den Motor [[Daimler-Benz DB 601]] entwickelt. Die Benzindirekteinspritzung hat den entscheidenden Vorteil einer lageunabhängigen Funktion und neigt nicht wie ein [[Vergaser]] zu Aussetzern bei extremen Fluglagen. Der damalige Konstrukteur bei Daimler-Benz, [[Hans Scherenberg]], wurde 1948 Entwicklungsleiter bei [[Gutbrod (Unternehmen)|Gutbrod]] und kehrte später zu Daimler-Benz zurück.

Klassische, rein mechanische Benzineinspritzanlagen ermöglichten gegenüber dem Vergaser eine Steigerung der Literleistung von 10–20 % und eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs um 5–15 %.<ref>''Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Kraftstoffeinspritzung für Ottomotoren''. In: ''Kraftfahrzeugtechnik'' 4/1959, S. 145–148.</ref> Der Effekt war nicht groß genug, um den größeren technischen Aufwand in Alltagsfahrzeugen zu rechtfertigen, sodass mechanische Einspritzanlagen ab den 1950er Jahren vorwiegend in besonders hubraum- und leistungsstarken Fahrzeugen zum Einsatz kamen. Für [[Zweitaktmotor]]en hingegen ergab sich eine deutlichere Kraftstoffeinsparung von 15–25 %, daher waren die ersten Serienfahrzeuge mit Benzineinspritzung kleinere PKW mit Zweitaktmotor, der [[Gutbrod (Unternehmen)#Direkteinspritzung|Gutbrod]] ''Superior'' und der [[Goliath (Automobilhersteller)|Goliath]] GP&nbsp;700&nbsp;E. Die von Bosch zugelieferte Einspritzanlage war unter Hans Scherenberg entwickelt worden. Für den [[Wartburg 311]] wurden die Vorteile einer Einspritzanlage dargelegt,<ref>''Untersuchungen an Zweitakt-Ottomotoren mit Benzineinspritzung''.In: [[KFT|Kraftfahrzeugtechnik]] 10/1958, S. 370–373 und 11/1958, S. 416–421.</ref> jedoch kam es nicht zum Serieneinsatz.

Bald folgten auch Viertaktmotoren wie die leistungsstarken Spitzenmodelle von Daimler-Benz, wie der Sportwagen [[Mercedes-Benz W 198|Mercedes&nbsp;300&nbsp;SL]] (1954) und [[Mercedes-Benz W 188|Mercedes&nbsp;300&nbsp;Sc]] (Anfang 1956). Sie waren mit einer mechanischen Direkteinspritzung von Bosch ausgestattet. Die Saugrohreinspritzung kam erstmals im [[Mercedes-Benz W 189|Mercedes&nbsp;300]] (November 1957) und dem [[Mercedes-Benz W 128|Mercedes 220 SE]] (September 1958) zum Einsatz. Anfang der 1960er Jahre hatte die Schweinfurter ''[[Schaeffler-Gruppe#FAG|FAG]] Kugelfischer [[Georg Schäfer (Industrieller)|Georg Schäfer]] & Co.'' eine mechanische Saugrohr-Benzineinspritzung ([[Kugelfischer-Einspritzung]]) entwickelt, die z.&nbsp;B. im [[Peugeot 404]] (1963), [[BMW E115|BMW 2000 tii]] (1969), [[BMW 02|BMW 2002 tii / turbo]] (1971/1973), [[BMW M1]] (1978), [[Ford Capri]] RS 2600 (1970) sowie Lancia Flavia iniezione (1965) eingesetzt wurde. Besonders beliebt war diese Einspritzanlage im Rennsport, dort wurde sie seit den 1960er Jahren vielfältig (dann meist mit [[Drosselklappe (Motor)#Ausführungen|Einzeldrossel- oder Flachschieberanlagen]]) eingesetzt und z.&nbsp;B. im [[Brabham]]-[[BMW]]-[[Formel 1|Formel-1]]-Wagen [[Brabham BT52|BT52&nbsp;/ BT52B]] mit dem [[BMW M10|BMW -M12/13*]]-Motor und dem [[Brasilien|brasilianischen]] Fahrer [[Nelson Piquet]] [[Formel-1-Weltmeisterschaft 1983|1983]] [[Liste der Formel-1-Weltmeister|Weltmeister]]. Auch das 1973 erste serienmäßig hergestellte Motorrad mit Benzineinspritzung ([[Münch (Motorradhersteller)|Münch Mammut TTS/E]]) hat eine solche Anlage. Der Geschäftszweig Kugelfischer-Einspritzsysteme wurde 1979 von [[Robert Bosch (Unternehmen)| Bosch]] übernommen, Bosch bot Ersatzteile für die Anlagen bis 1989 weiter an. Die Anlagen und Unterlagen gingen danach von Bosch an den Bosch-Dienst Koller + Schwemmer ([[Nürnberg]]) über, der seitdem die Ersatzteilversorgung und die Überholung der Pumpen sicherstellt.<ref>{{Webarchiv|url=http://www.koller.de/oldnew.pumpen,103_106,62157660335041536557475172645126.html|wayback=20120517223808|text=''Benzin-Einspritzpumpen''.}} Koller + Schwemmer, abgerufen am 17. Mai 2011.</ref>

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Datei:MB SL W113 2.3l I6 engine.JPG|Motor eines [[Mercedes-Benz W 113]] "Pagode" mit mechanischer [[Robert Bosch GmbH|Bosch]] 6-Stempel-Einspritzung

Datei:BMW Engine M88 from a M1.JPG|Motor [[BMW M88]] aus dem [[BMW M1]] mit [[Kugelfischer-Einspritzung]] und [[Drosselklappe (Motor)#Ausführungen|Einzeldrosselanlage]]

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Die vorgenannten Systeme arbeiten mit Dosierpumpen, die über Raumnocken („Kartoffeln“) gesteuert werden, die das [[Verbrauchskennfeld]] (Muscheldiagramm) des Motors abbilden. Drehzahl und Gaspedalstellung wirken durch Verschieben und Verdrehen auf den Nocken ein, der Durchmesser wird über einen Abtaststift als Maß der Kraftstoffzuteilung genommen. Der britische Hersteller [[Lucas Industries]] entwickelte in den 1950er Jahren ein einfaches elektromechanisches System ohne Raumnocken und Stempelpumpe. Es besteht aus einer elektrisch betriebenen Druckpumpe, einer vom Druck im Ansaugrohr gesteuerten Dosiereinheit und einem motorgetriebenen Verteiler. Dieses System gab es bei Rennsportwagen von Ferrari, Jaguar und Maserati, aber später auch unter anderen im Triumph TR&nbsp;5&nbsp;PI (für ''P''etrol ''I''njection).<ref>Roy Patrick Carvane: [http://www.triumph-stag.at/lucas-injection.html ''Lucas Petrol Injection System''.] Triumph Stag IG, abgerufen am 20. Februar 2016.<br />Thomas Wirth: [http://www.motor-klassik.de/restaurierung/restaurierungslexikon-176-druck-stufe-lucas-einspritzung-1105920.html ''Restaurierungslexikon (176): Druck-Stufe – Lucas-Einspritzung''.] [[auto motor und sport]], 21. Februar 2007, abgerufen am 21. Februar 2016.</ref>

Die mechanische Benzineinspritzung mit Stempelpumpe (Dosierkolbenpumpe) wurde wegen der aufwändigen Herstellung ab Anfang der 1970er Jahre nicht mehr verwendet. [[Porsche]] baute das System noch bis 1976 im Topmodell [[Klassischer Porsche 911#G-Modell|911 Carrera]] mit 210&nbsp;PS ein. Der letzte Pkw mit einer mechanischen Benzineinspritzpumpe war der bis 1989 gebaute Porsche 930.

Eine modernere, einfachere Form der mechanischen Benzineinspritzung war die [[K-Jetronic]]. Sie wurde aus der elektronischen Einspritzanlage „[[D-Jetronic]]“ abgeleitet und löste diese Mitte der 1970er Jahre weitgehend ab. Vor allem Fahrzeuge mit sportlichen Motoren wurden damit ausgestattet. Dominierend blieb jedoch der Ottomotor mit Vergaser. Erst in den 1990er Jahren wurde dieser ebenso wie die mechanische Benzineinspritzung selbst von der vollelektronischen Einspritzung verdrängt. Die immer strengeren Abgasnormen beschleunigten diese Entwicklung, sie ließen sich nur noch mit letztgenannter Technologie erfüllen.

=== Elektronische Einspritzung ===

Das erste Serienfahrzeug mit einer elektronischen Benzineinspritzung war das US-Modell [[Chrysler 300 letter series|Chrysler 300]] von 1958. Die erste elektronische Einspritzung von Bosch ([[D-Jetronic]]) wurde in der US-Ausführung des [[VW 1600]] eingebaut, der 1967 als VW 1600 LE später auch in Deutschland angeboten wurde. Ab 1969 verwendete Mercedes-Benz das System im [[Mercedes-Benz W 115|250 CE]] und 1970 bot Opel im [[Opel Commodore|Commodore GS/E]] als dritter deutscher Hersteller die elektronische Einspritzung an. In den folgenden Jahren ersetzte die mechanische K-Jetronic in vielen Pkw-Modellen die damals noch teuren und auch anfälligen elektronischen Anlagen.

Zunehmend strengere Umweltauflagen führten gegen Ende des 20. Jahrhunderts zu einer zügigen Ablösung des Vergasers und der mechanischen Einspritzung durch die elektronische Benzineinspritzung. Sie wurde in den 1990ern mit der [[Monomotronic]] zu einer vollelektronischen Steuerung des Motors ausgebaut.

== Motorräder ==

Erstes Serienmotorrad mit Benzineinspritzung war 1973 die [[Münch-4 TTS-E 1200]]; eine exklusive Maschine mit einer mechnischen [[Kugelfischer-Einspritzung]], die nur in einer Kleinserie von ca. 30 Stück monatlich hergestellt wurde. Ab 1980 produzierte [[Kawasaki Heavy Industries|Kawasaki]] die [[Kawasaki Z|Z 1000 FI]] (Fuel Injection) in größeren Zahlen. Der Vergaser wurde ab Anfang der 1980er-Jahre nur allmählich durch elektronische Einspritzungen ersetzt (z.&nbsp;B. die [[BMW K 100 RS]] ab 1983); 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 [[Lastwechselreaktion]]en weniger abrupt verlaufen. Auch das Konstantfahrtruckeln ist ein einspritzertypisches Problem, das sich durch das geringe Gewicht eines Motorrades im Vergleich zum PKW besonders störend bemerkbar macht. Erst im Laufe der Jahre gelang es, durch leistungsfähigere [[Motorsteuergerät]]e diese Charakteristik der Einspritzung so weit in den Griff zu bekommen, dass auch Motorräder damit ausgestattet werden konnten.

== Vorteile ==

Gegenüber dem Vergaser ergeben sich folgende Vorteile:

* geringerer [[Kraftstoffverbrauch]] durch genauere Berücksichtigung aller Betriebsparameter bei der Kraftstoffzumessung (= -dosierung)

* höhere [[Leistungsdichte]] (= Literleistung = Hubraumleistung) wegen besserer [[Zylinder (Technik)|Zylinder]]füllung durch strömungsgünstigere Ansaugwege (siehe [[Ansaugtrakt]])

* weniger schädliche [[Abgas]]bestandteile (mit [[Lambdaregelung]])

* bessere Regelung bei verschiedenen Motorzuständen, zum Beispiel Warmlauf oder [[Schubabschaltung]]

* Anwendungen wie [[Jetski]], Boots-([[Außenborder]]), Flugmotor haben gemeinsam, dass ihre Benzinversorgungssysteme lageunabhängig funktionieren müssen: der Motor darf nicht absterben, wenn z.&nbsp;B. das Flugzeug starke Bewegungen um die Längs- oder Querachse (zum&nbsp;Beispiel im [[Kunstflug]]) ausführt oder im [[Rückenflug]], wenn es über Kopf steht und der Motor dennoch weiterlaufen soll. Vergaser, die die Forderung nach einer lageunabhängigen Funktion erfüllen, sind erheblich komplexer als einfache Vergaser, deren [[Gemischbildung]] nur in halbwegs aufrechter Lage funktioniert; hier ist die Benzineinspritzung die technisch einfachere Lösung.

== 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 [[Robert Bosch (Unternehmen)|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 [[Stellgröße]]n (Luftdruck/Temperatur) beeinflusst.

Anders als bei mechanischen Einspritzungen, die lediglich die Drosselklappenstellung, Luftdruck und -temperatur als Einflussgrößen mit berücksichtigen, wird bei modernen elektronischen Einspritzanlagen auch die angesaugte Luft'''menge''' mit einem [[Luftmassenmesser]] gemessen. Aus diesen und anderen Werten ([[Lambdasonde|Restsauerstoff]] im Abgas, Kühlwassertemperatur, [[Drosselklappe (Motor)|Drosselklappenstellung]], Motordrehzahl, etc.) wird von der [[Motorsteuerung]] die richtige Einspritzmenge errechnet. Eine meist elektrische [[Einspritzpumpe]] mit Druckregulierer stellt einen konstanten Kraftstoffdruck bereit. Über die Öffnungszeit der elektromagnetischen [[Einspritzventil]]e wird dann die Einspritzmenge bestimmt.

Ein [[Fahrzeugkatalysator|Katalysator]] kann nur bei einem nahezu exakten [[Stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis|stöchiometrischen Verhältnis]] von [[Lambdasonde|Lambda (λ)]] = 1 des Kraftstoff-Luft-Gemisches die Schadstoffe [[Kohlenmonoxid]] und [[Stickoxide]] vollständig aus dem Abgas entfernen. Das erfordert eine genaue Messung der angesaugten Luftmasse mit Luftmassenmesser und eine genaue [[Dosierung]] des [[Kraftstoff]]s zur Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Die mechanischen Komponenten eines Vergasers erwiesen sich damit als überfordert, als die gesetzlichen Zulassungsbestimmungen immer geringere Schadstoffemissionen verlangten. Die heutigen gesetzlichen Regelungen bezüglich der [[Emission (Umwelt)|Emissionswerte]] können mit Vergasern nicht erreicht werden, da bei diesen das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht so genau eingestellt werden kann, dass der [[Fahrzeugkatalysator]] alle Schadstoffe abbauen kann.

== Arten ==

=== Direkteinspritzung ===

{{Hauptartikel|Direkteinspritzung#Direkteinspritzung bei Ottomotoren}}

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

=== {{Anker|MPI}} Saugrohreinspritzung ===

Bei der Saugrohreinspritzung wird die Gemischbildung nicht im Brennraum, sondern vor dem Einlassventil, hinter der [[Drosselklappe (Motor)|Drosselklappe]] vorgenommen. Es kann zwischen Einpunkt- und Mehrpunkteinspritzung (Singlepoint bzw. Multipoint Injection) unterschieden werden. Bei der Einpunkteinspritzung sitzt ein Einspritzventil für alle Zylinder vor der Drosselklappe, bei der Mehrpunkteinspritzung ist für jeden Zylinder ein Einspritzventil dicht am Einlassventil vorgesehen. Dadurch kann sich beim Kaltstart nicht soviel Kraftstoff im Saugrohr niederschlagen, jeden Zylinder erreicht die exakt gleiche Einspritzmenge und durch eine gezielte Einspritzung wird die Gemischbildung erheblich verbessert.

Viele Fahrzeughersteller verwenden eigene Systeme und auch eigene Markennamen für die Saugrohreinspritzung wie z&nbsp;B. [[Multec]] von [[General Motors]], ''EFI'' von Ford, ''MPI'' von Volkswagen. Viele Zulieferfirmen bieten auch eigene, herstellerunabhängige Einspritzanlagen an, die je nach Hersteller und Fahrzeug meist mit geringen Modifikationen in die Serienproduktion übernommen werden. Produziert wurden und werden solche Anlagen unter anderem von [[Robert Bosch (Unternehmen)|Bosch]] unter dem Markennamen [[Jetronic]] sowie von [[Mikuni Corporation|Mikuni]], Keihin, [[Dell’Orto]], Delphi, [[Magneti Marelli]], [[Kugelfischer-Einspritzung|Kugelfischer]], SPICA (''Società Pompe Iniezione Cassani & Affini'', heute Teil von [[Delphi Automotive]]) und [[Lucas Industries]] für den [[Triumph TR5]].

== Literatur ==

* Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: ''Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven.'' 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6

* Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: ''Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik.'' 27. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1

* ''Oldtimer Markt'', Heft 8 und 9 (2001), VFW Verlag Mainz

* Jean-Philippe Brothier: ''Praxishandbuch Benzin-Einspritzanlagen'', Heel Verlag Königswinter, 2012, ISBN 978-3-86852-488-8

== Weblinks ==

{{Wiktionary}}

== Einzelnachweise ==

<references />