Benzin-Direkteinspritzung – Geschichte & Weiterentwicklung

Die Saugrohreinspritzung ist tot! Es lebe die Benzin-Direkteinspritzung! Das Konzept der benzingetriebenen Fremdzündungsmotoren ist vormals durch den relativ geringen Wirkungsgrad, den höheren Treibstoffkosten und der folglich zurückgegangenen Nachfrage etwas in den Hintergrund gerückt. Aufgrund zahlreicher Innovationen im Bereich Motorenbau hat es jedoch wieder an Attraktivität gewonnen.

Beim Ottomotor ist diese Entwicklung auf die Renaissance der Benzin-Direkteinspritzung zurückzuführen. Es handelt sich um ein Gemischbildungsverfahren, das den kürzesten Weg des Kraftstoffes in den Zylinder erlaubt. Und es hat genügend Entwicklungspotenzial für die Zukunft.

Doch der Weg bis dahin war steinig. Denn eine ganze Reihe von Anforderungen standen im Lastenheft ganz oben: weniger Verbrauch, geringere Emissionen sowie eine mit der Dieseltechnik vergleichbare Leistung – dies alles unter dem Druck immer strengerer Abgasnormen. Im Hinblick darauf, musste die Einspritztechnik und die Motormechanik den neuen Erkenntnissen angepasst werden.

Dritte Generation

Inzwischen spricht man bereits von der dritten Generation von Benzin-Direkteinspritzsystemen. Während in der ersten Generation noch Schichtladungskonzepte mit wand-/luftgeführten Brennverfahren, Einloch-Magnetventil-Injektoren und der schwefelempfindlichen Speicher-Katalysatortechnik tonangebend waren, so sind es in der zweiten Generation schon strahlgeführte Brennverfahren. Die Verwirklichung dieses Verfahrens gelang durch eine neue Injektoren-Technologie mit Piezostellern und höheren Einspritzdrücken, die mittels neuer bedarfsgeregelter Hochdruckpumpen geschaffen wurden.

Die dritte Generation verzichtet größtenteils auf Schichtladungskonzepte oder schränkt den Betriebsbereich durch andere Strategien ein, da die Euro-5-Abgasnorm den im inhomogenen Schichtladungsbetrieb entstehenden Partikelausstoß der Motoren mit Benzin­Direkteinspritzung streng limitiert. Somit konzentriert man sich auf die strahlgeführte Einspritzung mittels neuer Mehrloch-Magnetventil-Injektoren, die immerhin noch einen homogenen Magerbetrieb ermöglichen. Den Verbrauchsvorteil, der durch die Schichtladung eingebüßt wird, kann mit Downsizing und effizienten Aufladungssystemen mehr als wettgemacht werden. Dazu kommen alle motormechanischen Innovationen wie Ventilhubregelung und Ein- und Auslass-Nockenwellenverstellung mit einer weiten Spreizung.

Die Hersteller übertreffen sich gegenseitig mit immer fortschrittlicheren Konstruktionen wie zum Beispiel dem 1,2-Liter-Dreizylinder mit Turboaufladung oder dem 1,4-Liter mit Doppelaufladung. Mit diesen Motoren verfolgen die OEM beharrlich das Ziel des Downsizing.

Hochinnovativ kommen auch größeren Motoren daher. So ist das strahlgeführte Brennverfahren mit nach außen öffnenden Piezoinjektoren konsequent zur Serienreife entwickelt worden. Der steigende Aufwand für Entwicklung, Erprobung und Herstellung veranlasste die Automobilhersteller zu Kooperationen untereinander. Bei allen Entwicklungen haben auch die Komponentenhersteller einen erheblichen Teil der Systemkompetenz eingebracht und verschiedene Lösungen etabliert. Bis auf wenige Ausnahmen binden sich die Automobilhersteller nicht an einen Systemlieferanten. Dies wiederum erschwert den Überblick über die Funktionen der Systeme und deren Diagnose im Service.

Weit verbreitet

Die Benzin-Direkteinspritzung ist im automobilen Breitensegment inzwischen angekommen, wie die entsprechend hohen Zulassungszahlen zeigen. Bald wird auch die Hybridtechnik eine größere Rolle spielen. Es existieren bereits einige Beispiele in dieser Hinsicht von BMW, Mercedes, Porsche sowie mit dem Touareg-Hybrid mit TSI-Technologie von Volkswagen. Doch kann man noch nicht von großen Stückzahlen sprechen. Der Klassenprimus von Toyota, der Prius, wird noch immer bedarfsgerecht von einem Saugrohreinspritzer angetrieben.

Praxiswissen ist gefragt

Jeder Werkstattfachmann wird früher oder später vor der Aufgabe stehen, ein Benzindirekt-Einspritzsystem fachgerecht warten und reparieren zu müssen. Dies verlangt ihm jedoch einiges an Grundwissen ab. Literatur und Schulungen zum Thema gehören inzwischen zu den etablierten Angeboten der Branche und dienen der Ausbildung von Fachpersonal, das die Zukunft der Kfz-Fachbetriebe sichert.