Gemischbildung von Benzin und Luft
Gemischbildung beschreibt, wie und wo aus Luft und Kraftstoff ein zündfähiges Gemisch entsteht. Für die Praxis bedeutet das: saubere Gasannahme, stabile Leistung, niedriger Verbrauch und haltbare Bauteile. Fokus: 4-Takt – 2-Takt wird gezielt mit erklärt.
- Grundlagen: Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Lambda, stöchiometrisch)
- Äußere vs. innere Gemischbildung
- Vergaser: Funktionsprinzip und Abstimm-Bereiche
- Einspritzung: Saugrohr (PFI) und Regelung
- Direkteinspritzung: Prinzip, Potenzial, Grenzen
- 2-Takt vs. 4-Takt: Besonderheiten der Gemischbildung
- Sensorik & ECU: wie das Steuergerät das Gemisch führt
- Praxis: Fehlerbilder, Prüfmethoden, typische Ursachen
1) Grundlagen: Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Lambda)
Für Benzin liegt das stöchiometrische Verhältnis (chemisch „genau passend“) bei ca. 14,7 : 1 (Luftmasse : Kraftstoffmasse). In der Motorsteuerung wird häufig mit Lambda (λ) gearbeitet:
- λ = 1,0: stöchiometrisch – ideal für Dreiwege-Katalysator (4-Takt Straße).
- λ < 1,0: „fett“ – mehr Kraftstoff, meist kühler/leistungsstark, aber mehr Verbrauch/HC/CO.
- λ > 1,0: „mager“ – weniger Kraftstoff, niedriger Verbrauch, aber höhere NOx-Tendenz und Klopf-/Temperaturrisiken.
2) Äußere vs. innere Gemischbildung
Äußere Gemischbildung
Kraftstoff wird vor dem Brennraum in die Luft eingebracht (Vergaser, Saugrohreinspritzung). Vorteile: meist homogene Mischung, relativ einfache Hardware. Nachteile: Wandfilm/Benetzung, Zustandsabhängigkeit.
- Vergaser: Unterdruck/Strömung zieht Kraftstoff über Düsen.
- Saugrohr-EFI: Injektor dosiert Kraftstoff vor dem Einlassventil.
Innere Gemischbildung
Kraftstoff wird im Brennraum eingespritzt (Benzin-Direkteinspritzung). Vorteile: präzise Dosierung/Schichtung möglich, potenziell weniger Spülverluste. Nachteile: höhere Komplexität (Hochdruck, Injektorlayout, Partikel/Verbrennungsauslegung).
- Mehr Freiheitsgrade: Zeitpunkt, Strahlform, Verteilung im Zylinder.
- Höhere Anforderungen an Brennraum/Strömung (Tumble/Swirl).
3) Vergaser: Funktionsprinzip und Abstimm-Bereiche
Venturi-Prinzip (kurz)
Im Venturi entsteht durch höhere Strömungsgeschwindigkeit ein Unterdruck. Dieser fördert Kraftstoff aus der Düse in den Luftstrom. Die Gemischbildung wird über mehrere Kreisläufe abgedeckt:
- Leerlauf/Standgas: Leerlaufdüse + Gemischschraube.
- Teillast: Düsennadel/Clipposition, Nadeldüse.
- Vollast: Hauptdüse.
- Kaltstart: Choke/Startanreicherung.
Vergaser – typische Einflüsse
- Höhe/Luftdruck: weniger Luft → Gemisch wird relativ fetter.
- Temperatur: kalte Luft dichter → tendenziell magerer; kalter Motor benötigt Anreicherung.
- Wandfilm: Kraftstoff kondensiert → Übergangsruckeln möglich.
- Reproduzierbarkeit: Düsenverschleiß/Verunreinigung verändert die Dosierung.
4) Einspritzung: Saugrohr (PFI) und Regelung
Bei der Saugrohreinspritzung sitzt der Injektor im Ansaugkanal (meist nahe Einlassventil). Die ECU berechnet die Einspritzmenge aus Luftmasse/Luftdruck, Drehzahl und Temperatur – und regelt im Teillastbereich häufig über Lambda.
Warum Einspritzung im Motorrad so stark ist
- Präzise Dosierung: Einspritzdauer im Millisekundenbereich.
- Automatische Anpassung: Temperatur/Höhe/Wetter werden über Sensorik kompensiert.
- Abgasfähigkeit: Lambda-Regelung unterstützt Katalysatorbetrieb (4-Takt).
- Lastwechsel: Beschleunigungsanreicherung und Schubabschaltung möglich.
5) Direkteinspritzung: Prinzip, Potenzial, Grenzen
Prinzip
Kraftstoff wird direkt in den Brennraum eingespritzt. Dadurch lässt sich das Gemisch zeitlich und räumlich besser steuern (z. B. gleichmäßig homogen oder lokal angereichert nahe der Zündkerze).
- Potenzial: Effizienz, präzise Gemischführung, weniger Spülverluste.
- Erfordert: Hochdrucksystem, Injektorposition, Brennraum-/Strömungsdesign.
Praxisgrenzen im Motorrad
- Packaging/Platz: Hochdruckpumpe, Injektor, Leitung.
- Thermik/Partikel: Auslegung der Verbrennung und Abgasnachbehandlung.
- Abstimmaufwand: viele Betriebszustände, hohe Drehzahlen, kurze Zeitfenster.
6) 2-Takt vs. 4-Takt: Besonderheiten der Gemischbildung
4-Takt (Fokus)
- Ventilsteuerung trennt Ansaugen/Verdichten/Arbeiten/Ausstoßen.
- Gemisch kann stabil nahe λ=1 geregelt werden (Kat-Betrieb).
- Wandfilm und Übergangsbereiche sind Hauptthemen bei PFI/Vergaser.
2-Takt (mitgedacht)
- Spülprozess kann bei äußerer Gemischbildung zu Frischgasverlusten führen.
- Einspritzkonzepte (z. B. Einspritzung in Überströmer/Transfer) reduzieren Verluste deutlich.
- Getrenntschmierung + Einspritzung erleichtern Alltag und Stabilität der Abstimmung.
7) Sensorik & ECU: Wie das Steuergerät das Gemisch führt
In Einspritzsystemen berechnet die ECU aus Messwerten eine Soll-Kraftstoffmenge. Typische Eingangssignale:
| Sensor/Signal | Wozu? | Typische Auswirkungen bei Fehler |
|---|---|---|
| Drosselklappenwinkel (TPS) | Lastwunsch / Beschleunigungsänderung | Ruckeln, Fehlanreicherung, schlechte Gasannahme |
| Saugrohrdruck (MAP) / Luftmasse (MAF) | Luftmenge für Kraftstoffberechnung | Zu fett/zu mager, Startprobleme, Leistungseinbruch |
| Ansauglufttemp. (IAT) / Motortemp. (ECT) | Kaltstart-/Warmlaufanreicherung | Schlechter Kaltstart, Absterben, hoher Verbrauch |
| Kurbel-/Nockenwellensignal | Timing für Einspritzung & Zündung | Aussetzer bis Startverweigerung |
| Lambda (O₂) | Regelung im Teillastbereich (λ≈1) | Schlechter Verbrauch/Emissionen, instabiler Leerlauf |
8) Praxis: Fehlerbilder, Prüfmethoden, typische Ursachen
Typische Symptome
- Start schlecht kalt/warm: Anreicherung/Temperatursignal, Kraftstoffdruck, Nebenluft.
- Ruckeln Teillast: Lambda-Regelung, Falschluft, Einspritzbild, Zündanlage.
- Verschlucken beim Gasaufreißen: Beschleunigungsanreicherung, TPS-Signal, Vergaser-Übergang.
- Leistung fehlt obenrum: Kraftstoffförderung, Hauptdüse/Map, Luftfilter, Abgasgegendruck.
Werkstatt-Checks
- Falschlufttest: Ansaugstutzen/Flansche/Dichtungen (sichtbar + gezielt prüfen).
- Kraftstoffsystem: Filter, Pumpenlauf, Druck (falls messbar), Tankentlüftung.
- Vergaser: Schwimmerstand, Düsen sauber, Nadel/Clip, Membranen, Choke.
- EFI: Fehlerspeicher, Live-Daten (TPS/MAP/IAT/ECT/Lambda), Steckkontakte/Korrosion.
