Wie funktioniert die Kraftstoffeinspritzung?

Mar 15, 2023

Die Kraftstoffeinspritzung ist einer der Hauptgründe, warum moderne Autos in allem so gut sind.

chrisasacamera

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Die Kraftstoffeinspritzung ist eine moderne technische Errungenschaft, die wir weitgehend als selbstverständlich betrachten. Es ist noch gar nicht so lange her, dass die Technologie, die es unseren Autos ermöglicht, bei jeder Temperatur, jeder Höhe und allen Bedingungen zuverlässig zu starten, noch in den Kinderschuhen steckte und im Vergleich zu Vergasern ihre eigenen Vorbehalte hatte.

Doch mittlerweile treibt die Kraftstoffeinspritzung die überwiegende Mehrheit der Autos mit Verbrennungsmotor an, und das schon seit 30 Jahren.

Es hat seit seinen Anfängen als mechanisches Kraftstoffeinspritzsystem einen langen Weg zurückgelegt und ist maßgeblich für das unglaubliche Gleichgewicht zwischen Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Leistung moderner Motoren verantwortlich. Entscheidend ist die Präzision, mit der moderne Kraftstoffeinspritzer ihre Aufgabe erfüllen können. Aber wie funktioniert es? Nun, liebe Leser, lehnen Sie sich zurück, entspannen Sie sich und lassen Sie es mich erklären.

Um die Kraftstoffeinspritzung zu verstehen, müssen Sie allgemein verstehen, wie ein Motor funktioniert. Im einfachsten Fall ist ein Motor eine Luftpumpe, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch ansaugt, dieses Gemisch komprimiert, zündet und ausstößt. Einer der wichtigsten Parameter eines Motors ist das Luft-Kraftstoff-Gemisch, dessen präzise Steuerung alles beeinflusst. Pferdestärken, Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Wärme, Effizienz, was auch immer.

In der Vergangenheit verwendeten Autos Vergaser, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu dosieren. Diese funktionierten wie mechanische Computer, die mithilfe von Unterdruck und Differenzialdruck in komplizierten Passagen ermittelten, ob sich das Auto im Leerlauf, im Tempomat oder bei Vollgas befand. Das Problem bei Vergasern besteht darin, dass sie mit Kraftstoffdüsen einer bestimmten Größe voreingestellt sind, was bedeutet, dass Höhenänderungen oder Temperaturänderungen die Motorleistung und das Verhalten drastisch verändern. Im Wesentlichen mischte es den Kraftstoff weit vor der Brennkammer ohne große Präzision. Es handelt sich um ein sogenanntes „Open-Loop“-System, bei dem die Abstimmung des Motors vorbestimmt ist.

Die Kraftstoffeinspritzung funktioniert völlig anders und es gibt einige Varianten. Der entscheidende Unterschied besteht jedoch darin, dass die Kraftstoffeinspritzung genau auf die jeweilige Anwendung abgestimmt ist und nicht über einen Vergaser, der einen gleichmäßigen Kraftstoffnebel abgibt. Die Kraftstoffeinspritzung ist auf die Luftmenge abgestimmt, die in den Einlass gelangt. Dann wird für dieses Zylinderereignis ein entsprechender Kraftstoffimpuls eingespritzt.

Der Unterschied zwischen den Formen der Kraftstoffeinspritzung besteht darin, wie die Kraftstoffeinspritzung zeitlich abgestimmt ist. Die mechanische Kraftstoffeinspritzung funktioniert ohne Elektronik und wird physikalisch auf den Motor abgestimmt, normalerweise über eine der Nockenwellen des Motors. Die elektronische Kraftstoffeinspritzung wird mithilfe von Sensoren an der Kurbelwelle, der Nockenwelle oder beiden des Motors zeitlich gesteuert, um den richtigen Zeitpunkt und die richtige Länge der Einspritzung zu bestimmen.

Der größte Vorteil der elektronischen Kraftstoffeinspritzung (EFI), der mit Abstand am weitesten verbreiteten Einspritzform, besteht darin, dass sie im geschlossenen Regelkreis arbeiten kann. Dies bedeutet, dass sich das EFI je nach den Bedingungen aktiv selbst abstimmen kann und das Kraftstoffgemisch immer auf der Grundlage der Messwerte des Luftmassenmessers, des Krümmerdrucksensors oder des Sauerstoffsensors optimiert. Das bedeutet, dass das Auto bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in 14.000 Fuß Höhe mühelos starten kann und dann bei 110 Grad Fahrenheit auf Meereshöhe sofort das Gleiche tut.

Von den modernen EFI-Systemen gibt es zwei Haupttypen: Direkteinspritzung und Kanaleinspritzung. Die Direkteinspritzung ist mittlerweile als vorherrschende Form der Benzineinspritzung allgegenwärtig und ist seit einiger Zeit das vorherrschende Einspritzsystem für Dieselkraftstoffe. Es spritzt den Kraftstoff mit außergewöhnlich hohen Drücken, etwa 2.900 psi beim aktuellen Volkswagen EA888-Motor, direkt in den Brennraum. Dadurch kann der Kraftstoff in kurzen Stößen in einen nahezu atomar feinen Nebel gesprüht werden, um eine maximale Vermischung von Luft und Kraftstoff sowie eine absurd präzise Kraftstoffmenge pro Einspritzimpuls zu erreichen. Einer der größten Nachteile besteht darin, dass es mehr Wartung erfordert als die Saugrohreinspritzung und die berüchtigte Kohlenstoffablagerung an den Ventilen hinterlässt, da der Kraftstoff normalerweise die Ventile eines Motors mit Saugrohreinspritzung reinigt.

Die andere ist die Porteinspritzung, die seit Ende der 90er Jahre die vorherrschende Form von EFI ist. Die Kraftstoffeinspritzdüsen sind in den Einlasskanälen vor den Ventilen positioniert, was bedeutet, dass Kraftstoff und Luft vor dem Ventil gemischt werden und dann im Brennraum weiter gemischt werden. Es hat auch den Vorteil, die Rückseite der Ventile zu reinigen und so die Bildung von Kohlenstoff zu verhindern. Es handelt sich immer noch um eine präzise Form der Kraftstoffzufuhr und ermöglicht eine hervorragende Kraftstoffeffizienz, aber der zusätzliche Schritt der Direkteinspritzung war für die Emissionen wichtig. Dennoch gibt es immer noch viele Autos mit Saugrohreinspritzung, und einige Autohersteller setzen im Namen der Wartung und Zuverlässigkeit sogar sowohl Saugrohr- als auch Direkteinspritzung ein.

Wir alle kennen die Geschichte: Immer strengere Emissionsvorschriften haben Innovationen für den Verbrennungsmotor erzwungen. Ohne die EPA in den 70er Jahren würden wir in einem ganz anderen Land leben. Da es mit Vergasern bis in die 80er-Jahre immer schwieriger wurde, die Emissionsvorschriften einzuhalten, wechselten die Automobilhersteller in den 90er-Jahren massenhaft zur Kraftstoffeinspritzung. Es war sicherlich auf die Emissionen zurückzuführen, aber der Kraftstoffverbrauch, die Zuverlässigkeit und die Einfachheit von EFI waren den Vergasern deutlich überlegen.

Und es ist eine einfachere und zuverlässigere Methode zur Kraftstoffzufuhr als Vergaser. Die meisten EFI können Probleme selbst diagnostizieren, was Reparaturen vereinfacht. Teile sind billig und allgegenwärtig und werden meist von vielen Autoherstellern gemeinsam genutzt. Er ist vor Ort nicht so einfach zu modifizieren oder zu reparieren wie ein Vergaser, aber die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzung übertrifft die eines Vergasers bei weitem.

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