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Ottomotor Gemischbildung und Zündung – Saugrohr- und Direkteinspritzung vergleichen

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Einleitung

Ottomotor Gemischbildung und Zündung – Saugrohr- und Direkteinspritzung vergleichen

Zielgruppe: Ausbildung Kfz-Mechatronik · Dauer: etwa 60–75 Minuten · Format: 7 kurze Lerneinheiten mit Diagnosefall.

Leitfrage: Wo gelangt der Kraftstoff in die Luft, welche Bauteile braucht das System und was verraten Messwerte über eine Störung?

Du kannst danach beide Einspritzwege skizzieren, die gemeinsame Zündanlage erklären und Diagnosedaten mit einer begründeten, noch zu prüfenden Hypothese auswerten.

Sicherheitsrahmen: Dieser Kurs dient ausschließlich dem Lernen an Bildern, Unterlagen und simulierten Daten. Arbeiten an unter Druck stehenden Kraftstoffsystemen, Zündhochspannung, laufenden Motoren, Hochvoltsystemen und Rückhaltesystemen sowie Prüfstandsbetrieb und Fahrfreigaben sind qualifiziertem Fachpersonal vorbehalten. Vor jeder realen Tätigkeit müssen Herstellerangaben und betriebliche Schutzmaßnahmen geprüft werden. Der Kurs erteilt keine Zulassungs-, Reparatur- oder Fahrfreigabe.

Lerneinheit 1: Was wird wann gezündet?

Merksatz: Beim Ottomotor entzündet ein Funke das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die Frage „Wo wird eingespritzt?“ ist von der Frage „Wie wird gezündet?“ zu trennen.

Beobachtung: Ansaugen → Verdichten → Arbeiten → Ausstoßen. Die schematische Animation zeigt einen Ottomotor mit äußerer Gemischbildung; sie stellt ausdrücklich keine Benzin-Direkteinspritzung dar.

Mini-Auftrag: Markiere gedanklich das Ende des Verdichtungstakts: Dort wird der Zündfunke üblicherweise zeitlich gesteuert ausgelöst. Der genaue Zündzeitpunkt hängt vom Betriebszustand ab.

Lerneinheit 2: Saugrohreinspritzung – Kraftstoff vor dem Ventil

PFI/MPI: Die Einspritzventile geben Benzin in den Ansaugtrakt vor dem Einlassventil. Gemischbildung überwiegend außerhalb des Brennraums.

Vereinfachter Kraftstoffweg
Tank → elektrische Förderpumpe → Niederdruckleitung → Kraftstoffverteiler → Saugrohr-Einspritzventil → Einlassventil → Brennraum

Systemteile: Förderpumpe, Kraftstoffverteiler, Einspritzventile, Motorsteuergerät, Ansaugluftsensorik und Zündanlage. Als Bosch-Systembeispiel arbeitet PFI mit etwa 6 bar; dies ist kein Sollwert für beliebige Fahrzeuge.

Bauteilfoto: Verteilerleiste einer Mehrpunkteinspritzung.

Prinzipdarstellung eines elektromagnetischen Einspritzventils; nicht als herstellerspezifische Einbauzeichnung verwenden.

Bosch Mobility: „DE | Bosch Benzin-Saugrohreinspritzung“ (Originalvideo).

Bildauftrag: Zeige im Foto das Rail; im Schema die Stelle, an der der Kraftstoff den Injektor verlässt. Einlassventil und Injektor sind nicht dasselbe Bauteil.

Original-Systemdarstellungen von Bosch ansehen (Herstellerabbildungen werden hier nicht als frei lizenzierte Dateien übernommen).

Lerneinheit 3: Direkteinspritzung – Kraftstoff in den Brennraum

GDI: Erst gelangt vorwiegend Luft durch das Einlassventil; der Injektor spritzt Benzin direkt in den Brennraum. Der Kraftstoff muss dafür im Hochdrucksystem bereitgestellt werden.

Vereinfachter Kraftstoffweg
Tank → Vorförderpumpe → Niederdruckkreis → mechanisch angetriebene Hochdruckpumpe → Hochdruck-Rail → Brennraum-Injektor

Zusätzliche Systemteile: Hochdruckpumpe, Mengen-/Druckregelung, Hochdrucksensor, hochdruckfeste Leitungen und Direkteinspritzventile. Beispiel Bosch: Vorförderung bis 6 bar, Hochdruck je nach System/Betrieb bis 350 bar. Immer Herstellersollwerte verwenden.

Foto eines Prototyps für Benzin-Direkteinspritzung, kein universeller Einbauplan.

Optische Darstellung der Strahlverteilung eines untersuchten GDI-Injektors; kein Fehlernachweis.

Bosch Mobility: „DE | Bosch Benzin-Direkteinspritzung“ (Originalvideo).

Bildauftrag: Finde Pumpe, Rail und Injektor in der HELLA-Systemgrafik zum Hochdruckkreis. Beobachte dabei getrennt Nieder- und Hochdruck.

Achtung: Hochdruckleitungen oder Injektoren nicht als Lernversuch lösen, öffnen oder auf Dichtheit „mit dem Finger“ prüfen. Auch nach dem Abschalten kann Druck gespeichert sein.

Lerneinheit 4: Zündung und Rückmeldung

Beide Systeme nutzen eine bedarfsgerecht angesteuerte Zündung: Motorsteuergerät → Zündspule → Zündkerze → Funke → Verbrennung. Einspritzbeginn und Zündzeitpunkt sind unterschiedliche Stellgrößen.

Zündkerze als Prinzipskizze.

Vereinfachte Lambdaregelung: Sensorsignale helfen, die Kraftstoffzumessung zu korrigieren. Das Schema zeigt nicht alle heutigen Anlagenvarianten.

Auswertungsregel: Positiver Kraftstoff-Korrekturwert bedeutet unter den passenden Regelbedingungen, dass die Steuerung Kraftstoff hinzurechnet. Er beweist allein weder einen defekten Injektor noch eine undichte Ansaugung.

Werkstattwissen: Verbrennungsaussetzer können mit Gemisch, Zündung oder Motormechanik zusammenhängen. Ein Aussetzer-Code identifiziert nicht automatisch ein defektes Einzelteil.

Lerneinheit 5: Direktvergleich

Merkmal	Saugrohreinspritzung	Benzin-Direkteinspritzung
Einbringungsort	Vor dem Einlassventil	Direkt in den Brennraum
Gemischbildung	Äußere Gemischbildung	Innere Gemischbildung
Kraftstoffversorgung	Niederdrucksystem	Nieder- plus Hochdrucksystem
Zusätzliche Baugruppen	Keine GDI-Hochdruckpumpe	Hochdruckpumpe, Raildruckregelung und -sensorik
Zündung	Elektrischer Zündfunke	Elektrischer Zündfunke
Typischer Vorteil	Geringere Systemkomplexität, günstige Gemischhomogenisierung	Ladungskühlung und höhere Klopfgrenze bei geeigneten Betriebsbedingungen
Herausforderung	Wandfilm und Gemischverteilung im Ansaugkanal	Höherer Systemaufwand, Partikelbildung je nach Betriebsstrategie

Wichtig: Direkteinspritzung heißt nicht automatisch Schichtladung. Viele Ottomotoren mit GDI arbeiten in zahlreichen Betriebszuständen mit homogenem, annähernd stöchiometrischem Gemisch. Es gibt auch Motoren mit kombinierter Saugrohr- und Direkteinspritzung.

Engineering Explained: „How Fuel Injection Works – Direct vs Port Injectors“ (englisch, Einordnung der Einbauorte).

30-Sekunden-Kontrolle: Ohne Hinsehen erklären: „Bei PFI ...; bei GDI ...; bei beiden zündet ...“.

Lerneinheit 6: Einen Diagnosedatensatz lesen

Arbeitsregel: Zuerst Betriebszustand, Soll und Ist vergleichen. Dann eine Hypothese mit mindestens einer Alternative und einer geeigneten, sicheren Folgeprüfung formulieren.

Ausbildungsdaten: vollständig simuliert, keine Messung an einem Kundenfahrzeug und keine Grenz- oder Freigabewerte. Die Aufzeichnung wurde im Szenario bereits von Fachpersonal erstellt. Der Motor ist ein fiktiver Ottomotor mit GDI.

Datensatz A: Zustand	Niederdruck Soll/Ist	Railhochdruck Soll/Ist	Lambda Soll/Ist	Kurzzeit-Korrektur
Leerlauf	5,0 / 5,0 bar	50 / 49 bar	1,00 / 1,00	+2 %
Mittlere Last	5,0 / 4,9 bar	120 / 83 bar	1,00 / 1,07	+13 %
Wieder geringe Last	5,0 / 5,0 bar	55 / 54 bar	1,00 / 1,00	+3 %

Beobachtung: Bei mittlerer Last bleibt der Railhochdruck-Istwert hinter dem Soll zurück, der Niederdruck folgt dem Soll weitgehend. Die Gemischkorrektur steigt an. Das passt zu einem Problem bei Hochdruckaufbau oder -regelung, beweist aber keinen Pumpenschaden. Auch Signalfehler, Ansteuerung, Undichtigkeiten und andere Ursachen sind zu prüfen.

Datensatz B: zweiter fiktiver Ottomotor mit PFI.

Zustand	Kraftstoffdruck	Kurzzeit-Korrektur	Lambda Soll/Ist
Leerlauf	4,0 bar	+19 %	1,00 / 1,01
Stabile erhöhte Drehzahl	4,0 bar	+3 %	1,00 / 1,00

Plausible Deutung: Nicht erfasste Ansaugluft ist eine naheliegende Hypothese, weil ihr relativer Einfluss im Leerlauf groß sein kann. Vor einer Bauteilentscheidung sind Luftmessung, Ansaugsystem und Kraftstoffversorgung fahrzeugspezifisch abzugleichen. Die 4,0 bar sind nur ein Datensatzwert.

Datensatz C: Bei einem weiteren fiktiven Fahrzeug steigen ausschließlich die Aussetzerzähler von Zylinder 2; Raildruck folgt dem Soll, globale Gemischkorrektur ist unauffällig. Hypothesen: Zündweg, zylinderspezifische Einspritzung oder Kompression. Nicht zulässig: aus dem Zähler unmittelbar „Zündspule ersetzen“ ableiten.

Lerneinheit 7: Durchgehender Ausbildungsfall

Auftrag aus der Annahme: „Der GDI-Kompaktwagen ruckelt unter Last.“ Dir liegen ausschließlich der simulierte Datensatz A und ein hypothetischer Eintrag „Kraftstoffdruck im Rail zu niedrig“ vor. Du sollst keine Reparatur durchführen, sondern einen nachvollziehbaren Diagnosebericht schreiben.

Dein Bericht enthält: Beobachtung → Hauptverdacht → alternative Erklärung → benötigte Zusatzdaten → sichere Weitergabe an die Fachkraft.

Gestufte Hilfen zum Ausbildungsfall

Hilfe 1 – nur beobachten
In welcher Zeile ist die Differenz zwischen Hochdruck-Soll und Hochdruck-Ist am größten? Was zeigt gleichzeitig der Niederdruck?

Hilfe 2 – Systemgrenze finden
Die Vorförderung liegt nahe am Soll, die Hochdruckseite nicht. Grenzt das eher den Nieder- oder Hochdruckkreis ein? Warum ist diese Aussage vorläufig?

Hilfe 3 – Diagnose formulieren
Schreibe: „Die Messwerte sprechen vorrangig für ...; noch nicht ausgeschlossen sind ...; zur Absicherung soll qualifiziertes Fachpersonal nach Herstellervorgaben ... vergleichen.“

Musterbegründung / Feedback: „Im Lastpunkt stehen 120 bar Soll nur 83 bar Ist gegenüber, während 5,0 bar Soll im Niederdruckkreis mit 4,9 bar Ist weitgehend erreicht werden. Deshalb priorisiere ich die Prüfung von Hochdruckregelung, Pumpenförderung und Plausibilität des Raildrucksignals. Pumpendefekt ist damit nicht bewiesen. Eine Fachkraft soll zunächst vorhandene Fehlerspeicher-/Freeze-Frame-Daten, Raildruckverlauf und Ansteuerparameter mit Fahrzeug-Sollwerten abgleichen.“ Warum angemessen? Die Aussage beschreibt eine Abweichung, nennt Alternativen und vermeidet einen unsicheren Eingriff.

Stopp-Kriterium: Wenn die Datenlage nicht ausreicht, lautet der Bericht „Ursache nicht gesichert“. Keine eigenständige Inbetriebnahme, Probefahrt, Öffnung des Kraftstoffsystems oder Fahrfreigabe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wo erfolgt die Benzineinbringung bei der Mehrpunkt-Saugrohreinspritzung? (Im Ansaugkanal vor dem Einlassventil) (!Ausschließlich im Abgaskrümmer) (!Direkt an der Zündkerzenelektrode) (!Hinter dem Katalysator)

Wo entsteht bei der Benzin-Direkteinspritzung die Gemischbildung? (Im Brennraum) (!Im Tank) (!Im Schalldämpfer) (!Im Kühlmittelkreislauf)

Welches Bauteil ist für ein reines PFI-Niederdrucksystem nicht erforderlich? (Eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für das Rail) (!Eine elektrische Förderpumpe) (!Ein Einspritzventil) (!Ein Motorsteuergerät)

Was ist die Aufgabe der Vorförderpumpe eines GDI-Systems? (Sie versorgt die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff) (!Sie erzeugt den Zündfunken) (!Sie ersetzt die Lambdasonde) (!Sie öffnet das Auslassventil)

Welches Bauteil erzeugt den Funken im Brennraum? (Die Zündkerze) (!Der Raildrucksensor) (!Die Kraftstoffförderpumpe) (!Das Drosselklappengehäuse)

Welche Funktion erfüllt die Zündspule? (Sie stellt die benötigte Zündhochspannung bereit) (!Sie misst den Kraftstoffdruck) (!Sie verteilt das Motoröl) (!Sie regelt die Kühlmitteltemperatur)

Warum benötigt GDI einen Hochdruckkreis? (Für die Kraftstoffeinbringung und Zerstäubung direkt im Brennraum) (!Weil die Zündkerze Benzin fördert) (!Damit kein Einlassventil mehr benötigt wird) (!Weil der Katalysator sonst keinen Sauerstoff erhält)

Was belegt ein Raildruck-Istwert deutlich unter Soll bei Last zunächst? (Eine Abweichung des beobachteten Hochdrucks vom angeforderten Wert) (!Zweifelsfrei eine zerstörte Hochdruckpumpe) (!Zwingend einen defekten Zündfunken) (!Sicher einen zugesetzten Luftfilter)

Welche Hypothese passt eher zu hohen positiven PFI-Korrekturen nur im Leerlauf? (Nicht erfasste Ansaugluft) (!Defekter Hochdruckrail-Sensor eines nicht vorhandenen GDI-Systems) (!Ein blockierter Auspuff als alleiniger Beweis) (!Zu hoher Reifendruck)

Was beweist ein Aussetzerzähler für nur einen Zylinder? (Eine erkannte zylinderbezogene Verbrennungsunregelmäßigkeit) (!Immer einen defekten Injektor) (!Immer eine defekte Zündspule) (!Immer eine beschädigte Zylinderkopfdichtung)

Memory

Saugrohreinspritzung	Äußere Gemischbildung vor dem Einlassventil
Direkteinspritzung	Innere Gemischbildung im Brennraum
Vorförderpumpe	Kraftstoffbereitstellung aus dem Tank
Hochdruckpumpe	Druckanhebung für GDI
Zündspule	Erzeugung der Zündhochspannung
Zündkerze	Funken zur Fremdzündung
Raildrucksensor	Drucksignal an das Motorsteuergerät
Lambdaregelung	Gemischkorrektur mithilfe des Abgassignals

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Äußere Gemischbildung	Kraftstoff und Luft treffen sich vor dem Brennraum
Innere Gemischbildung	Kraftstoff wird erst im Brennraum zugeführt
Vorförderung	Speist die Hochdruckpumpe
Zündhochspannung	Ermöglicht den Überschlag an den Zündkerzenelektroden
Kraftstoffkorrektur	Reaktion der Regelung auf erkannte Gemischabweichungen

Kreuzworträtsel

Saugrohr	In welchem Ansaugbauteil entsteht das Gemisch bei äußerer Gemischbildung?
Brennraum	Wo wird Benzin bei GDI direkt eingespritzt?
Hochdruckpumpe	Welches Bauteil erhöht bei GDI den Kraftstoffdruck?
Zündspule	Welches Bauteil erzeugt die Zündhochspannung?
Zündkerze	Welches Bauteil liefert den Zündfunken?
Lambdasonde	Welcher Sensor meldet Informationen über den Sauerstoffgehalt im Abgas?

LearningApps

Suche nach ergänzenden Zuordnungsübungen; die Treffer sind externe Lernangebote und wurden nicht als Kursaufgaben vorgeprüft.

Lückentext

Bei der Saugrohreinspritzung gelangt der Kraftstoff in das

.

Bei der Direkteinspritzung wird Benzin in den

eingebracht.

Die elektrische Kraftstoffpumpe sorgt für die

.

Für GDI hebt die

den Druck an.

Der Kraftstoffverteiler wird auch

genannt.

Das Motorsteuergerät koordiniert Einspritzung und

.

Die Zündspule stellt die elektrische

bereit.

Der Funke entsteht an der

.

Die Lambdaregelung nutzt ein Signal aus dem

.

Die Prüfung beginnt mit dem Vergleich von Sollwert und

.

Ein Fehlercode allein ist noch kein Beweis für eine bestimmte

.

Offene Aufgaben

Bearbeite zunächst auf Papier oder mit den bereitgestellten Bildern und Datensätzen. „Prüfen“ meint hier eine gedankliche Prüfung beziehungsweise die Auswertung bereits vorhandener Daten.

Leicht – Basis

Gemischbildung: Markiere in zwei selbst gezeichneten Zylinderskizzen die Position des Kraftstoffinjektors bei PFI und GDI.
Kraftstoffsystem: Zeichne für beide Verfahren mit Pfeilen die Reihenfolge der wichtigsten Kraftstoff-Baugruppen.
Zündanlage: Erstelle drei Bildkarten zu Motorsteuergerät, Zündspule und Zündkerze und verbinde sie mit einer Erklärung.
Fachbegriffe: Erstelle ein Glossar aus sechs Begriffen und jeweils einem selbst gewählten Beispiel.

Standard – Anwendung

Diagnose: Werte Datensatz A aus und schreibe eine Befund-Hypothese mit zwei möglichen alternativen Ursachen.
Systemvergleich: Erstelle eine kompakte Tabelle zu Einbringungsort, Pumpe, Sensoren und gemeinsamer Zündung.
Falschluft: Erkläre für Datensatz B, warum eine kleine Nebenluftmenge im Leerlauf auffälliger sein kann als bei höherem Luftdurchsatz.
Verbrennungsaussetzer: Erstelle zu Datensatz C einen kurzen Gesprächsvermerk, der mindestens drei mögliche Ursachen offenlässt.

Schwer – Transfer

Diagnosestrategie: Entwirf zu Datensatz A einen Entscheidungsbaum, der Signalfehler und reale Hochdruckabweichungen trennt.
Fehlereingrenzung: Wähle drei zusätzliche, herstellerbezogene Datenkanäle aus und begründe ihren Informationsgewinn.
Kombinierte Einspritzung: Begründe, warum ein Hersteller PFI und GDI gemeinsam einsetzen könnte, ohne allgemeine Verbrauchsversprechen zu machen.
Medienkompetenz: Gestalte ein zweiminütiges Erklärvideo oder eine Posterpräsentation mit Quellen, Bildlizenzen und einem Sicherheitskasten.

Begründetes Feedback zu Basis, Anwendung und Transfer

Basis: Richtig ist „PFI vor dem Einlassventil, GDI im Brennraum, beide mit Zündkerze“. Warum? Der Einspritzort bestimmt den Ort der Gemischbildung, nicht das Grundprinzip der Fremdzündung.

Anwendung: Eine gute Antwort zu Datensatz B nennt „Ansaugluft/Leck als Verdacht“ und verweist zugleich auf fehlende Prüfdaten. Warum? Unterschiedliche Korrekturen in zwei Betriebspunkten sind ein Diagnosehinweis, keine sichere Einzelteilbestimmung.

Transfer: Eine tragfähige Lösung zu Datensatz A fordert z. B. Plausibilisierung des Drucksensors und der Regelanforderung sowie Prüfung der Niederdruckversorgung anhand fahrzeugspezifischer Sollwerte. Warum? Mehrere Ursachen können denselben Soll-/Ist-Abstand erzeugen; deshalb muss die nächste Datenerhebung Hypothesen unterscheiden.

Lernkontrolle

Systemverständnis: Erkläre, warum ein GDI-Motor eine zusätzliche Hochdruckstufe benötigt und die Zündkerze dennoch weiterhin erforderlich ist.
Dateninterpretation: Begründe, weshalb 83 statt 120 bar Raildruck bei Last eine Eingrenzung erlaubt, aber keine Teiletauschentscheidung.
Regelungstechnik: Analysiere den Unterschied zwischen positiver Gemischkorrektur und einem dauerhaft zu mageren Ist-Lambda.
Fehlerhypothesen: Stelle zwei Ursachen für einzelne Verbrennungsaussetzer gegenüber und nenne ein diskriminierendes Zusatzdatum.
Kraftstoffsystem: Übertrage den PFI-Fall auf ein kombiniertes PFI/GDI-System. Welche zusätzlichen Betriebsinformationen brauchst Du?
Arbeitssicherheit: Erläutere, welche Entscheidungen nach dem Kurs ausdrücklich beim qualifizierten Werkstattpersonal bleiben und weshalb.

Lernnachweis

Ein geeigneter Lernnachweis ist ein kurzes Diagnoseportfolio mit einem beschrifteten PFI/GDI-Systemvergleich, einer Zündweg-Skizze, einer kommentierten Soll-/Ist-Tabelle aus Datensatz A, mindestens einer begründeten Alternativhypothese und einer herstellerbezogenen Liste noch fehlender Prüfparameter. Ergänze eine Quellen- und Medienrechteangabe sowie die Grenze „keine Reparatur- oder Fahrfreigabe“. Bewertet werden Systemlogik, Datenbezug, begründete Unsicherheit und Sicherheit – nicht das Erraten eines Bauteils.

OERs zum Thema

Die Wikipedia-Artikel dienen als offene Ergänzung; für die Werkstatt sind Herstellerunterlagen vorrangig.

Fachquellen und Bildsysteme

Bosch Mobility: Benzin-Saugrohreinspritzung – Einbringung, Komponenten und beispielhafte Drücke.
Bosch Mobility: Benzin-Direkteinspritzung – Nieder-/Hochdruckweg, Zündung und Systemkombination.
HELLA Tech World: Kraftstoff-Hochdruckpumpe – Systemgrafik und Interpretation von Soll-/Ist-Daten.
HELLA Tech World: Zündspule – Zündung, Diagnosegrenzen und Sicherheitswarnungen.
Wikipedia: Ottomotor – Zündprinzip und Arbeitsspiel.

Medienrechte und Verlässlichkeit

Wikimedia-Commons-Dateien, nach geprüften Dateibeschreibungsseiten: 4-Stroke-Engine.gif – UtzOnBike/Bearbeitungen, CC BY-SA 3.0; Multi-point Gasoline fuel injection rail.jpg – storem, CC BY-SA 2.0; Fuelinjector.png – WikipedianProlific, CC BY-SA 3.0; Fev gdi.jpg – Gonek, CC BY-SA 4.0; MultiplePlumes.png – Syudaya, CC BY-SA 3.0; Spark plug.svg – algotruneman, CC0; Lambda-Regelung.svg – Stefan-Xp, CC BY-SA 3.0. Für Weiterverwendung jeweilige Lizenz- und Namensnennungsbedingungen auf der Dateiseite beachten.

Videos: Die Originalbeiträge von Bosch Mobility und Engineering Explained werden lediglich über ihre bestätigten YouTube-URLs eingebunden; keine Behauptung einer freien Weiterverwendungslizenz. Hersteller-Systemgrafiken von Bosch/HELLA sind nur verlinkt, nicht kopiert. Didaktische Drucktabellen und Fälle sind eigens erstellte Simulationen, keine realen Werkstattmessprotokolle. Quellenprüfung: Oktober 2026.