Direkteinspritzung

Die Direkteinspritzung ist ein Verfahren der Kraftstoffzufuhr, bei dem der Kraftstoff direkt in den Brennraum des Motors über dem Kolben gespritzt wird statt in den Ansaugtrakt vor den Ventilen. Bei Ottomotoren trägt die Technik häufig Bezeichnungen wie GDI, FSI oder TSI; bei Dieselmotoren, wo sie heute Standard ist, ist sie schlicht die übliche Art der Kraftstoffzufuhr. Der Beweggrund ist Präzision: Indem der Kraftstoff genau dort und dann platziert wird, wo er gebraucht wird, kann ein Motor aus jedem Tropfen mehr Arbeit gewinnen und strengere Effizienz- und Emissionsvorgaben erfüllen.

Den Gegensatz bildet die Saugrohreinspritzung, die ältere Anordnung, bei der die Einspritzventile den Kraftstoff in den Ansaugkanal spritzen, wo er sich vor dem Einlassventil mit der einströmenden Luft mischt. Die Direkteinspritzung nutzt stattdessen eine von der Nockenwelle angetriebene Hochdruckpumpe, die den Kraftstoffdruck auf viele Dutzend oder sogar Hunderte Bar anhebt, weit über die wenigen Bar eines Saugrohrsystems, und ein präzises Magnet- oder Piezo-Einspritzventil im Zylinderkopf gibt ihn als fein zerstäubten Kegel direkt in den Brennraum ab. Das Motormanagement kann dies in mehrere Einspritzungen pro Arbeitsspiel aufteilen und den Zeitpunkt auf den Bruchteil eines Kurbelwinkelgrades genau festlegen.

Diese feine Steuerung bringt mehrere Vorteile. Das Einspritzen flüssigen Kraftstoffs in den Zylinder kühlt die einströmende Ladung beim Verdampfen, was das Klopfen unterdrückt und ein höheres Verdichtungsverhältnis erlaubt, den Schlüssel zu mehr thermischem Wirkungsgrad und Leistung. Die Einspritzmenge lässt sich eng an die Last anpassen, und manche Ottosysteme können bei geringer Last sogar ein geschichtetes, sehr mageres Gemisch fahren, bei dem sich eine zündfähige Wolke an der Zündkerze konzentriert, während der übrige Zylinder Luftüberschuss enthält. Das Ergebnis ist meist mehr Leistung und Drehmoment aus gegebenem Hubraum bei geringerem Verbrauch, weshalb die Direkteinspritzung dem modernen, hubraumreduzierten Turbo-Ottomotor zugrunde liegt.

Das Verfahren hat auch Nachteile. Weil der Kraftstoff die Rückseite der Einlassventile nicht mehr umspült, können sich dort mit der Zeit Kohlenstoff- und Ölablagerungen bilden, die mitunter ein Strahlen mit Walnussschalen oder eine chemische Reinigung erfordern, um den Luftdurchsatz wiederherzustellen. Direkteinspritzende Ottomotoren erzeugen zudem tendenziell mehr Feinstaub als saugrohreinspritzende, was zum Einbau von Ottopartikelfiltern geführt hat, um die Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Hochdruckkomponenten und enge Toleranzen der Einspritzventile verteuern das System und verlangen sauberen Kraftstoff.

Die Direkteinspritzung ist eine Ausprägung der elektronischen Kraftstoffeinspritzung und teilt deren Sensoren, Steuergerät und geregelte Strategie. Viele neuere Ottomotoren kombinieren beide Verfahren und nutzen Saugrohr- und Direkteinspritzventile gemeinsam, um die jeweiligen Stärken zu vereinen. Im Dieselbereich wird sie über das Common-Rail-System verwirklicht, bei dem eine gemeinsame Hochdruckleiste elektronisch gesteuerte Injektoren für eine leise, effiziente und schadstoffarme Verbrennung versorgt.