Benzineinspritzung: Sauberere Abgase durch genaue Dosierung
Das Kraftstoff-Luft-Gemisch zum Betrieb eines Verbrennungsmotors zündet und verbrennt im Zylinder nur innerhalb bestimmter Mischungsverhältnisse, die durch den Lambda-Wert (das Verhältnis von tatsächlich zugeführter Luftmenge zum theoretischen Luftbedarf) gekennzeichnet sind. Die Dosierung der für den jeweiligen Betriebszustand des Motors notwendigen Gemischzusammensetzung übernimmt entweder ein Vergaser oder eine Einspritzanlage. Bis Mitte der 1960er-Jahre existierten im Automobilbau fast ausschließlich Vergaser unterschiedlicher Ausführung; eine Wende zeichnete sich erst 1966 mit der erstmals in einem Großserienfahrzeug (VW 1600 Li) eingesetzten elektronischen Benzineinspritzung (Bosch D-Jetronic) ab. Durch eine derartige Anlage ist eine sehr genaue Bemessung des Kraftstoffes möglich und damit auch eine exakte Dosierung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Dies ist insbesondere durch die Verschärfung der Abgasbestimmungen für Kraftfahrzeuge erforderlich.
Zentral- und Einzeleinspritzanlagen
Zentraleinspritzanlagen (Single-Point-Injection, SPI) werden hauptsächlich für Fahrzeuge von ca. 1,0-1,8 l Hubraum bis ca. 80 kW (109 PS) Leistung verwendet. Durch die Beschränkung auf ein Einspritzventil sind sie kostengünstig zu produzieren. Am weitesten verbreitet ist die Mono-Jetronic, bei der es sich um ein elektronisch gesteuertes Niederdruckeinspritzsystem für Vierzylindermotoren handelt.Die Einspritzung erfolgt über ein zentral angeordnetes, elektromagnetisches Einspritzventil, das oberhalb der Drosselklappe sitzt und den Kraftstoff in sich wiederholenden Zeitabständen (intermittierend) in die von der Drosselklappe gesteuerte Ansaugluft einspritzt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch verteilt sich dann über das Saugrohr in die einzelnen Zylinder. Um die Gemischaufbereitung optimal dem jeweiligen Motorzustand anpassen zu können, ermitteln verschiedene Sensoren sämtliche wichtigen Motorkennwerte, aus denen die Steuersignale für das Einspritzventil, den Drosselklappenansteller und weitere Regler berechnet werden.
Einzeleinspritzanlagen (Multi-Point-Injection, MPI) besitzen je Motorzylinder ein Einspritzventil, was eine exakte Kraftstoffdosierung jedes einzelnen Zylinders erlaubt, sodass Füllgradunterschiede wie bei Zentraleinspritzanlagen nicht auftreten. Die Ventile spritzen den Kraftstoff direkt in die Einzelsaugrohre der Zylinder. Je nach Funktionsweise kann zwischen mechanischen und (teil)elektronischen Anlagen unterschieden werden. Die Fortschritte in der Elektronik haben jedoch dazu geführt, dass mechanische Einzeleinspritzanlagen in den 1980er-Jahren weitgehend verdrängt wurden.
Elektronische Einspritzung
Eine elektronisch arbeitende und luftmengengesteuerte Einspritzung ist die L-Jetronic. Sie erfasst alle Veränderungen im Motor (Verschleiß, Ventileinstellungen etc.), wodurch eine gleich bleibend gute Abgasqualität erreicht werden kann. Derartige Anlagen wurden zu einem umfassenden Motormanagement aus kombiniertem Zünd- und Einspritzsystem weiterentwickelt (Motronic), deren Abstimmung durch ein Steuergerät vorgenommen wird. Dadurch ist eine gemeinsame Optimierung von Zündsteuerung und Gemischaufbereitung möglich.
Das Einspritzsystem der Motronic besteht aus den beiden Teilsystemen Luft- und Kraftstoffversorgung. Bei der L-Jetronic als Teil der Motronic erfolgt die notwendige Luftzufuhr über einen Luftmengenmesser zur Drosselklappe und von dort in das Sammelsaugrohr. Die Kraftstoffversorgung übernimmt eine Elektrokraftstoffpumpe, die über einen Druckregler den Einspritzdruck an den Ventilen und dem Kaltstartventil erzeugt. Jeder einzelne Zylinder besitzt ein Einspritzventil, das je Kurbelwellenumdrehung einmal betätigt wird. Diese Einspritzventile sind zur Reduzierung des Schaltungsaufwandes alle parallel geschaltet.
Der Unterschied zwischen Saugrohrdruck und Kraftstoffdruck wird auf etwa 2,5-3 bar konstant gehalten, sodass die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge ausschließlich über die Öffnungsdauer der Ventile gesteuert wird. Die dazu notwendigen Steuerimpulse werden vom Steuergerät hauptsächlich in Abhängigkeit von der angesaugten Luftmenge und der Motordrehzahl abgegeben. Weitere Einflussgrößen ergeben sich je nach Betriebszustand (z. B. Kaltstart) aus der gemessenen Motortemperatur oder der Stellung der Drosselklappe, durch die eine Anpassung an verschiedene Motorlastzustände erfolgt.
Aus der Verknüpfung der verschiedenen Messdaten berechnet das Steuergerät anhand eines gespeicherten Last-Drehzahl-Kennfeldes die optimale Einspritzzeit der Ventile. Dieses Kennfeld wird durch Versuche auf Prüfständen sowie anschließende Fahrversuche bestimmt, und die daraus gewonnenen motorspezifischen Daten in einen Mikrochip übertragen, der anschließend in die Motronic eingebaut wird.