D-4S Einspritzung im GS 450h und LS 460 – Stark, sauber, sparsam: Die neue Lexus Motorentechnologie

So kommt im V6-Benzinmotor des GS 450h erstmals weltweit die kombinierte Saugrohr- und Direkteinspritzung namens „D-4S“ zum Einsatz. Auch der V8-Motor des neuen Lexus LS 460 verbindet die Vorteile beider Einspritzarten. D-4S erlaubt eine Steigerung von Leistung und Drehmoment bei gleichzeitiger Senkung der Verbrauchs- und Emissionswerte in allen Betriebsbereichen. Je nach Leistungsanforderung erfolgt entweder eine reine Direkteinspritzung oder der kombinierte Einsatz beider Systeme.

Bei den bisher verwendeten Einspritzsystemen kämpfen die Motorenentwickler mit Zielkonflikten: Ein auf höchste Leistung ausgelegter Benzin-Direkteinspritzer erlaubt bei niedrigen Drehzahlen und geringer Last keine optimale Gemischbildung und zeigt ein unbefriedigendes Emissionsverhalten. Meist wird deshalb zugunsten der Abgasqualität eine Kompromissabstimmung gewählt, die zwangsläufig zu Einbußen bei Leistung und Drehmomentverlauf führt.

Die althergebrachte Saugrohr-Einspritzung bietet dagegen Vorteile im Teillastbereich sowie bei niedrigen Drehzahlen: Die Gemischbildung beginnt bereits im Saugrohr, über Schaltklappen lässt sich der Unterdruck im Ansaugtrakt weiter erhöhen und so eine optimale Gemischverwirbelung im Brennraum erzielen. Die künstlichen Engpässe im Ansaugtrakt behindern den Motor aber, wenn es darum geht, maximale Drehfreudigkeit und höchste Spitzenleistung zu erzielen.

D-4S kombiniert die Vorteile beider Verfahren. Der Motor kommt ohne Schaltsaugrohre und Tumbleklappen aus. In Bereichen niedriger und mittlerer Last erfolgt durch Saugrohr- plus Direkteinspritzung eine bestmögliche Gemischbildung. Bei Volllast hingegen kann das Triebwerk „frei durchatmen“ und die höchstmögliche Leistung abrufen. Die kühlende Wirkung des direkt eingespritzten Kraftstoffs reduziert die Klopfneigung, ermöglicht so eine höhere Verdichtung und damit eine gesteigerte Leistungsausbeute. Grundsätzlich arbeitet ein D-4S-Motor mit einem homogenen Gemisch, lediglich nach dem Kaltstart wird durch zusätzliche Direkteinspritzung während des Verdichtungstakts eine Schichtladung erzeugt, um die Abgastemperatur zu erhöhen und die Aufwärmphase der Katalysatoren zu verkürzen.

Zu den Hardware-Komponenten des D-4S Einspritzsystems zählen sechs 12-Loch-Düsen, die den Kraftstoff mit bis zu vier bar in die Saugrohre einspritzen. Die Direkteinspritzung arbeitet demgegenüber mit einer Hochleistungspumpe, die den Kraftstoff über eine gemeinsame Druckleitung mit bis zu 130 bar an sechs Doppelspalt-Injektoren liefert. Dank der besonderen Ventilgestaltung mit je zwei rechteckigen, 0,52 x 0,13 Millimeter großen Bohrungen gelangt das fein zerstäubte Benzin als flacher und fächerförmiger Doppelstrahl in die Brennräume. Die Gestaltung der Einlasskanäle und die speziell geformten Kolbenböden erzeugen einen Dralleffekt, der die einströmende Luft bzw. das Kraftstoff-Luftgemisch optimal verwirbelt. Wie effektiv ein Motor mit D-4S-Einspritzung arbeitet, zeigt der neue Achtzylinder im LS 460: Der Motor verfügt über die höchste Literleistung aller in dieser Fahrzeug- und Hubraumklasse angebotenen Modelle. Gleichzeitig erzielt der LS 460 einen der niedrigsten Durchschnittsverbräuche im gesamten Wettbewerbsumfeld und wird das bisher gebaute Modell LS 430 trotz 100 PS Mehrleistung klar unterbieten.