Wie sehen sie denn nun aus, die Baugruppen, die zusammen die
Direkteinspritzung ergeben? Na, im Tankbereich werden Sie keine großen
Unterschiede feststellen. Vielleicht mit der kleinen Ausnahme, dass die ehemalige
Pumpe für das gesamte Einspritzsystem zu einer Förderpumpe degradiert wurde.
Aber da es sich nach wie vor um den gleichen Kraftstoff handelt, ist seine
Behandlung bis zum Eintreffen im Motorraum nicht sehr unterschiedlich.
Erstaunlich ist eine Namensgebung, die es vor der Einführung von Common Rail
beim Dieselmotor nicht gegeben hat. Die Bezeichnung 'Rail' für dieses Stückchen
Rohr, das unter Hochdruck den Kraftstoff zu den einzelnen Einspritzventilen
transportiert, war früher schlicht 'Verteilerleiste'. Und an noch etwas müssen wir
uns gewöhnen: Eine Kraftstoffpumpe, die zwischen 50 und 200 bar erzeugen soll,
ist bislang immer noch mechanisch angetrieben, obwohl es z.B. für CabrioKlappdächer elektrische Pumpen gibt, die 180 bar schaffen.
Mit Laser erzeugte feinste Bohrungen im Einspritzventil sorgen für genau
einstellbare Spritzrichtung. Die Einspritzventile werden nicht mehr nur angesteuert,
sondern die Wirkung ihrer Arbeit wird kontrolliert. Man spricht von einem Regelkreis
zwischen Einspritzventil und Motor-Steuergerät. Das kann z.B. am Schwungrad
das durch den betreffenden Zylinder in dessen Arbeitstakt zusätzlich erbrachte
Drehmoment ermitteln und damit die Einspritzmenge entsprechend verändern.
Und das ein Motorleben lang.
Schon längst ist das komplette Motormanagement ein System geworden, bei dem
man die einzelnen Bereiche kaum noch erkennt. Es arbeitet mit der Anforderung
von Drehmoment durch Fahrer/in und realisiert diesen Wunsch möglichst. Es
versucht zunächst einmal, selbst mehr für die Erfüllung dieses Wunsches zu tun.
Meist sind da Reserven vorhanden. So kann z.B. die geometrisch mögliche
Verdichtung nicht ganz ausgeschöpft sein, weil die Ventilsteuerung Abgase durch
mehr Überschneidung wieder in den Ansaugtrakt zurücklässt.
Natürlich muss bei Änderung dieses Zustands auf möglicherweise klopfende
Verbrennung geachtet werden. Es kann auch sein, dass die größere
Überschneidung der Ventile dazu dient, ein mögliches Turboloch durch
zusätzlichen Frischluftdruck zu verhindern. Beim Direkteinspritzer gibt es halt keine
Probleme, wenn Frischgas in den Abgastrakt gelangt, weil dieses Frischgas eben
keinen Kraftstoff enthält.
Kleine Revolutionen bringt die Benzin-Direkteinspritzung zusammen mit Aufladung
hervor. Da entstehen gerade durch Downsizing Dreizylinder, die genügend
Drehmoment für ausgewachsene Limousinen bieten. Sie sind zunehmend auch mit
Direkteinspritzung lieferbar. Interessant wird es, wenn man auch noch mit
Zweizylindern einen Spagat zwischen Leistung und Verbrauch versucht, wenn also
beispielsweise der Fiat Twin Air direkt einspritzt.
Erstaunlich, dass die Benzin-Direkteinspritzung den Mehraufwand zur Erzeugung
des hohen Einspritzdrucks relativ leicht auszugleichen scheint (siehe auch href=“X419“>hier!). Zwar ist man noch weit von Diesel-Einspritzdrücken entfernt,
aber man scheint sich dem Dieselmotor zu nähern. Z.B. sinken zurzeit die
Nenndrehzahlen von Benzin-Direkteinspritzern, während sich die von
Dieselmotoren nach der deutlichen Senkung nach Einführung der
Direkteinspritzung dort wieder etwas erholt haben.

E-Gas

{Vorher}
Da ist jahrelang von einem Potentiometer an der Drosselklappe die Rede und von
einem Volllast- und Leerlaufschalter, den man besser Schubabschalter genannt
hätte und plötzlich ist der Gaszug weg und ein Stellmotor bedient die Drosselklappe
(Drive by Wire). Was kann so vorteilhaft daran sein, den Gaszug durch einen Motor
zu ersetzen?
{E-Gas: Elektronische Motorleistungssteuerung}
Bevor wir dieser Frage nachgehen, sollten wir erst die Bauteile vollständig klären.
Da ist das Gaspedal, das nur noch eine Feder und zwei Potentiometer bedient, am
besten sogar gegeneinander arbeitend. D.h. steigt bei einem Potentiometer der
Widerstand durch Treten des Gaspedals, so fällt er beim anderen. Immerhin darf
es nicht passieren, dass dem Steuergerät irrtümlich Vollgas signalisiert wird.

{Nachher}
Übrigens sind nicht alle Sensoren an der Drosselklappe selbst entfallen. Um
nämlich der Drosselklappe einen bestimmten Winkel zu geben, muss dieser
ständig gemessen und dem Steuergerät beim Stellen rückgekoppelt werden.
Früher gab es ein extra E-Gas-Steuergerät, heute wird das vom Motormanagement
mit erledigt. Trotzdem bleibt die Frage, was die zweifellos kompliziertere und damit
auch teurere Konstruktion bringt.
Dazu muss man wissen, dass es Systeme gibt, die E-Gas zwingend voraussetzen,
z.B. die Direkteinspritzung mit Schichtladung. Hier reißt bei Teillast das Steuergerät
die Drosselklappe auf, um so viel Luft wie möglich in den Brennraum strömen zu
lassen. Und das alles, obwohl nur wenig Gas gegeben wird. Gaspedal und
Drosselklappe müssen nicht immer synchron sein. Man hat sogar den Eindruck,
die Betriebsbereiche mit nicht synchronem Verhalten der beiden nehmen zu.
Da ist dann kein Starten mit offener Drosselklappe zu befürchten, während diese
bei großer Last vermutlich voll aufgerissen wird, um die Ansaugwiderstände zu
reduzieren. Oder man spart Anreicherung für die Beschleunigung, wenn man die
Klappe langsam öffnet. Inzwischen wird sogar gemessen, ob genug Unterdruck für
den Bremskraftverstärker vorhanden ist. Mit Sicherheit kann auch hier ein die
Drosselklappe steuerndes Motormanagement helfen.
Als die ersten Fahrzeuge mit E-Gas aufkamen, konnten wir uns nicht verkneifen,
den Ausfall des Systems zu simulieren. Wir haben also hinter dem Gaspedal den
Stecker gezogen. Erstaunen allenthalben, als dies der Motor mit einer deutlich
erhöhten Leerlaufdrehzahl beantwortete. Die Philosophie, die dahintersteckt ist,
der Kunde kommt mit diesem erhöhten Leerlauf ohne Abschleppen in die
Werkstatt.
Es gibt übrigens leidvolle Erfahrungen mit E-Gas, z.B. von Audi mit dem Typ 5000,
von dem in USA behauptet wurde, er würde bisweilen von selbst beschleunigen.
Da es sich ausnahmslos um Fahrzeuge mit Automatik handelte, ging der Hersteller
von einer Verwechslung von Fußbremse und Gaspedal aus. Richtig bewiesen
wurde die angebliche Fehlfunktion der Fahrzeuge nie, aber dem Ruf des Audi 5000
hat es sehr geschadet.
Übrigens verdanken die Fahrer(innen) einer Automatik diesem Fiasko die
komplizierter gewordene Startprozedur solcher Fahrzeuge. Sie können sich
vorstellen, wie sehr man Fehlfunktionen in der Richtung vermeiden will. Beim EGas sorgt ein komplizierter Algorithmus dafür, dass der vom Steuergerät
angenommene Fahrpedalwinkel niemals größer ist als der tatsächliche.
Die Einführung von E-Gas hat nicht nur einen zusätzlichen Aktuator gebracht.
Seither wird zwischen dem Steuergerät und den Sensoren in Drehmoment
gerechnet. Aus dem Winkel des Gaspedals bestimmt es den sogenannten
'Fahrerwunsch' und zwar als Anforderung von Drehmoment in Nm. Ein Zuschalten
der Klimaanlage erfährt das Motormanagement ebenfalls als eine solche
Anforderung.
Würde es nicht durch z.B. etwas mehr Drosselklappenwinkel reagieren, könnte das
Fahrzeug einen Tick langsamer werden. Das gilt es zu vermeiden. Die Werte in der
Einheit des Drehmoments werden sogar über das Bussystem übertragen. So ist
also die gegenwärtige Lastanforderung netzweit abrufbar. Umgekehrt kann z.B.
das elektronische Sperrdifferenzial mit Motoreingriff vom Motormanagement eine
deutliche Reduzierung des Drehmoments fordern.
Noch moderner ist ein ESP, das schwierige Handlungssituationen nicht durch
Bremsen sondern durch gezielten Antrieb einzelner Räder behebt. Auch hier
werden Drehmomente übers Netz verbreitet. Kaum zu glauben, dass man die
Rücknahme eines Zündwinkels auch als Drehmomentverlust messen und
einstellen kann. Ein besonders niedriger Leerlauf kann durch eine eilige
Anforderung bei typischen Handlungen vor dem Losfahren als Forderung nach
mehr Nm formuliert werden.

Schichtladung 2
Die Schichtladung besteht als Möglichkeit nur bei der Direkteinspritzung, also seit
etwa 1995. Äußeres Kennzeichen eines Betriebszustandes mit Schichtladung ist
die durch E-Gas vollkommen geöffnete Drosselklappe. Damit ergibt sich schon
eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch Wegfall der Drosselung. Die zweite
wird durch ein Gesamt-Lambda deutlich größer Eins erzielt. So ergibt sich bei
Strahlführung der Ansaugluft ein Vorteil von ca. 15 Prozent. Eingespritzt wird dabei
etwa in der Mitte eines meist vierventiligen Zylinderkopfs senkrecht zum Kolben
hin.
Es gibt dann noch die Wandführung, wobei der Kolbenboden die den Strahl in
Richtung Zündkerze führende Wand darstellt. Konzentriert man ein zündfähiges
Gemisch an der Zündkerze ohne Strahl- oder Wandführung, so spricht man von
einer luftgeführten Strahlbildung. Die beiden letztgenannten Systeme erreichen
momentan nur die Hälfte des Wirkungsgrades wie ein strahlgeführtes.
Natürlich ist Schichtladung nur in Teillast realisierbar. Man kann schon froh sein,
wenn damit im großen Gang normale Autobahnschnitte möglich sind. Die
Laststeuerung erfolgt hierbei durch die Einspritzmenge. Je schneller man fährt,
desto mehr näher sich das Gesamt-Lambda der 1, typisches Kennzeichen des
homogenen Betriebs.
{Schichtladung nur mit zusätzlichem NO_X-Speicherkat}
Für das Umschalten zwischen Homogen- und Schichtladung wird also nicht nur die
Einspritzung vom Ansaug- an das Ende des Verdichtungstakts verlegt, sondern
auch noch die Drosselklappe weit geöffnet. Natürlich soll das Umschalten
möglichst der Aufmerksamkeit des/der Fahrers/in entzogen werden, wieder eine
besondere Aufgabe für das Motormanagement.
Viele angebliche Neuerungen im Kfz-Bereich existieren schon sehr lange. Dass
aber der Begriff 'Schichtladung' schon bei Nicolaus August Ottos Erfindung des
Viertaktmotors die Hauptrolle gespielt hat, ist dann doch eine Besonderheit. Der
war nämlich nach intensiver Beobachtung der Rauchentwicklung aus einem
Fabrikschornstein zu der Überzeugung gekommen, dass nur die Schichtladung
den Weg zum Hochdruckmotor ebnen könne.
Zu vermuten ist also, dass Otto nicht den Viertaktmotor, sondern die geschichtete
Ladung erfunden zu haben glaubte. Im Brennraum müsse also der Gasanteil vom
Zylinderkopf bis zum Kolbenboden kontinuierlich abnehmen. Wir wissen heute um
die Fehler in dieser Annahme, sind aber dankbar, dass daraus trotzdem ein die
Welt bestimmendes Motorkonzept entstanden ist. Übrigens hat Otto 1877 schon
ein Patent zur Direkteinspritzung von Kraftstoff erwirkt.

Sensoren
Mit der Zusammenlegung von Einspritzung und Zündung, der Abgasentgiftung und
den vielen anderen hinzugekommenen Aufgaben ist die Zahl der Sensoren
gewachsen. Es wird Zeit, sie einmal etwas zu gruppieren. Da ist zunächst die
Lasterfassung. Mit Luftmengen- und –massenmessung haben wir uns schon
auseinandergesetzt, genauso wie die Drucksensorik. Es ist die Frage zu stellen,
wozu wir diese, z.T. auch noch parallel agierenden Bauteile angesichts einer
Zweipunkt-Lambdaregelung brauchen.
Nimmt man wieder das Beispiel der Schichtladung, so ist z.B. eine Regelung rund
um Lambda=1 gar nicht sinnvoll. Längst gibt es die Erweiterung in den mageren
Messbereich bis ca. Lambda=4. Hierzu wurde eine sogenannte Breitbandsonde
abgeleitet, deren Kern (Nernst-Spannung) noch mit dem der Zweipunktsonde
identisch ist, der aber durch einen weiteren Raum und einen Pump-Mechanismus
ergänzt wurde.
Eine Lambdasonde, auch die Breitbandsonde, kann nicht messen, bevor sie nicht
eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Aber auch in diesem Bereich oder auch
beim Beschleunigen muss eine bestimmte Kraftstoffmenge zugemessen werden.
Aber es gibt noch einen anderen Grund für die Mehrzahl an Lastsensoren, die wir
auch 'Redundanz' nennen, und das ist die Diagnose. Wir werden uns noch mit ihr
zu beschäftigen haben.
Die zweite Gruppe der Sensoren ist die der Temperatursensoren. Die Messung
des Kühlmittels und die der Ansaugluft haben zwar Tradition seit der ersten
elektronischen Benzineinspritzung, aber neu ist z.B. die bei der Direkteinspritzung
vorkommende Messung der Abgastemperatur. Auch die reinen Druckmesser
haben im Abgas ein neues Betätigungsfeld gefunden, z.B. im Abgas und zur
Diagnose der Tank-Dichtigkeit.
Noch gar nicht besprochen wurde bisher der sehr wichtige Drehzahlsensor, je nach
Arbeitsweise kombiniert mit oder assistiert von einem Bezugsmarkensensor.
Verrichten beide ihre Arbeit an der Kurbelwelle, ist auch noch die Stellung der
Nockenwelle wichtig, um exakt den Takt zu bestimmen, in dem sich ein bestimmter
Zylinder gerade befindet. Natürlich ist am Ventiltrieb gerade im Hinblick auf die neu
gewonnenen Verstell-Möglichkeiten noch mehr Sensorik möglich.
Beinahe hätten wir den Klopfsensor vergessen, dessen Piezo-Kristalllagen das
Motor-Steuergerät die Geräusche so deuten lässt, dass daraus ein eventuelles
Klopfsignal extrahiert werden kann. Zusammen mit dem Überblick, an welchem
Zylinder gerade gezündet wird, kommt man dem Klopfen auf die Spur und kann bis
zur nächsten Zündung schon wirksame Gegenmaßnahmen einleiten.
Natürlich sind Schalter auch Sensoren. Die gibt es z.B. an der Pedalerie und
natürlich am Ganghebel. Damit aktivieren wir die Start-Stopp-Automatik. Auch kann
sie mit gewissen Sicherheitsvorkehrungen bei Automatik-Fahrzeugen gekoppelt
sein. Sensorik ist auch nötig, Zündung und Benzineinspritzung gegen unerlaubte
Eingriffe zu deaktivieren, z.B. beim Diebstahlschutz. Das soll fürs erste genügen.
Danach gibt es zahlreiche realisierte Versuche, Kraftstoff sowohl indirekt als auch
direkt einzuspritzen.

Saugrohr-Einspritzung 1
Einspritzventile sind so etwas wie die letzte Instanz der Benzineinspritzung. Wenn
sie ihre Arbeit getan haben, ist an dem ganzen Prozess wohl nicht mehr viel zu
ändern. Die Zündung hat dann das allerletzte Wort. Während kontinuierlich
einspritzende Ventile durch den Hydraulikdruck geöffnet werden, geschieht das bei
intermittierend arbeitenden durch Magnetventile. Erstere pendeln sich bei wenig
Änderung der Parameter auf eine bestimmte Öffnung ein und wirken wie Düsen.

{bk simmerath}
Die intermittierende kann als Mehrpunkteinspritzung auf unterschiedliche Weise
arbeiten. Spritzen alle Ventile stets gleichzeitig ein, bezeichnet man das als
'simultan'. Das passt zu den ersten Vierzylindern mit D- oder L-Jetronic. Für die
gleichen Anlagen im Sechszylinder werden die Einspritzventile in zwei Gruppen
aufgeteilt. Hat jedes seinen eigenen Einspritzzeitpunkt, nennen wir das
'sequentiell', was so viel wie 'in Folge' heißt. Ist dabei die Öffnungszeit
unterschiedlich, heißt das 'zylinderselektiv'.

{ bk simmerath }
Hier ist die sequentielle Einspritzung (Bild darüber) noch einmal etwas stärker
aufgelöst dargestellt.
Letzteres kommt einer modernen Einspritzung am nächsten. Wie wir schon oben
berechnet haben, sind die Einspritzmengen sehr klein. Sogar bei den großen
Mengen der Zentraleinspritzung hebt sich die Düsennadel z.B. nur um 0,6 mm.
Diese spritzt auf die Drosselklappe, weil sie aus Gründen der Druckkonstanz
außerhalb des unmittelbaren Saugraums bleibt.
Neben der schon erwähnten ungleichen Verteilung auf die Zylinder ist die
Filmbildung des Kraftstoffs im Saugrohr, der man durch mehr Anreicherung als bei
der Mehrpunkteinspritzung begegnet. Trotzdem sind auch hier Einspritzwinkel und
-richtung nicht unwichtig. Der Druck hat sich bei indirekter, intermittierender
Einspritzung von anfangs 2 bar auf etwa 3,5 bar eingependelt. Andere indirekt
einspritzende Systeme haben nicht überlebt.
Vermutlich wird sich diese Art der Einspritzung nur bei äußerst knapper Kalkulation
halten. Allerdings muss die Direkteinspritzung deutlich mehr als den
Energieaufwand für den viel höheren Druck einsparen. Hat der Brennraum nach
dem Einspritzen überall ein Lambda von etwa 1, dann nennt man seine Ladung
'homogen'. In diesem Fall wird schon früh während des Ansaugtaktes eingespritzt.
Für Schichtladung geschieht das so spät wie möglich.
Bei der zuletzt geschilderten Situation ist natürlich die Zeit für die Gemischbildung
die absolut kürzeste. Helfen kann hier der Einspritzdruck von inzwischen bis zu 200
bar. Die hohen Anforderungen an die Zerstäubung machen geforderte TröpfchenDurchmesser von 1 bis 2 hundertstel Millimeter deutlich.

Abgase 4
Die bisher erläuterte Abgasentgiftung mit Lambdaregelung ist immer noch absolut
gebräuchlich. Allerdings gibt es neben der Zweipunkt-Sonde jetzt eine zweite,
sogenannte Breitband-Sonde. Berühmt ist das Lambdafenster der ZweipunktSonde, dass Sie unten sehen. Hier ist der steile Anstieg bzw. Abfall der Spannung
bei Lambda = 1 interessant. Der Regelbereich soll sich dadurch von 0,98 bis 1,02
erstreckt haben.

In der Sensorik dominiert jedoch der konkrete Messwert. Den liefert nur eine
Breitband-Sonde. Die misst auch in der fetteren Warmlaufphase, wenn sie selbst
eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Natürlich ist sie für mager abgestimmte
Direkteinspritzer mit Schichtladung und mit ihrem Messbereich bis Lambda=4
sogar für Dieselmotoren geeignet.
An der Stelle vor dem Katalysator hat sie die Zweipunkt-Sonde verdrängt.
Eigentlich war ja auch der Regelkreis nicht ganz vollständig, weil der Katalysator
nicht einbezogen war. Das hat sich jetzt geändert, weil noch eine Nachkat-Sonde,
eine sogenannte 'Monitor-Sonde', hinzugekommen ist. Dies ist in der Regel dann
wieder eine Zweipunkt-Sonde. Die direkte Nach-Kat-Sonde wird übrigens
'Regelsonde' genannt.
Die Regelung und Überprüfung der korrekten Abgaswerte hat jetzt ein Niveau, das
vom Tester in der Werkstatt nur schwerlich erreicht werden kann. In der früher
üblichen Abgasuntersuchung (AU) war es üblich, innerhalb einer funktionierenden
Lambdaregelung eine Störgröße einzubringen und zu schauen, wie sich diese
Regelung in einer noch tolerierbaren Zeit wieder eingependelt hatte.
Im Rahmen von EOBD im Jahr 2000 ist die dauerhafte Überwachung nicht nur des
Lambda-Regelkreises möglich. Bei der staatlichen Überwachung von außen
werden außer einigen Vorsorgen gegen Manipulation eigentlich nur noch die
Resultate der inneren Überprüfungen ausgegeben. Ab EOBD II werden nicht nur
die üblichen, sondern alle Überprüfungen auf Funktion, z.B. die sporadisch
durchgeführte Regeneration des Aktivkohlefilters.

Steuergerät - Hardware
Wenn in einer elektronischen Anlage ein Boss gesucht wird, so ist das immer das
Steuergerät. Bei Bussystemen ist das schon etwas schwieriger. Manche sind an
Orten hoher Temperatur eingebaut. Die niedrigst möglichen Temperaturen kriegen
sie immer zu spüren. Dafür muss das Auto nur lange genug stehen. Natürlich
können Steuergeräte mit typischen Betriebsstoffen im Kfz in Berührung kommen
und auch Vibrationen ausgesetzt sein.
Die übrigen Bereiche von Elektronik übernehmen gern Systeme aus dem KfzBereich, weil nicht nur durch deren Massenproduktion die Preise stimmen, sondern
auch fast alle denkbaren Umgebungen und Berührungen getestet wurden. Im Auto
kommt auch noch das Risiko hinzu, mit durch fast entladener Batterie auch mit
geringer Spannung auskommen zu müssen. Nicht gut vertragen kann es Verpolung
und Spannungsspitzen, aber selbst dagegen ist es bisweilen gesichert.
Eventuelle Reparaturarbeiten muss man den Elektronik-Spezialisten überlassen,
weil alles auf engstem Raum gelötet ist. Vielleicht kann man am Steuergerät eines
Oldtimers noch die Diode gegen Verpolung auswechseln, aber dann ist Schluss.
Gekennzeichnet sind die Schaltungen von hochintegrierten Bauteilen und deren
Kühlung, alles auf engstem Raum zusammengefasst.
Der Boss im Steuergerät ist zweifellos der Mikrocontroller oder die Central
Processing Unit. Eingangssignale werden entweder direkt oder nach
A/D-Wandlung aufgenommen, nicht ohne sie vorher auf maximale Spannung zu
begrenzen. Besonderen Schutz kann man dem Steuergerät auch durch deren
zwischenzeitliche Wandlung in ein Lichtsignal gewähren.
Ab- oder zwischengespeichert wird im Random Access
Memory, Unabänderliches, wie z.B. das Betriebssystem, ist im Read
Only Memory abgelegt. Besondere Bedeutung kommt in letzter Zeit
einem Speicher zu der 'Electrical Erasable Programmable
ROM' heißt, denn hierin steckt die Änderung z.B. von Kennfeldern oder auch
Teilen der Software z.B. durch Updates vom Hersteller. Als Bauteile mit
besonderem Kühlungsbedarf finden wir den oder die Endverstärker.
Man sagt diesem Teil der Digitalelektronik nach, seine Leistungsfähigkeit würde
sich jedes Jahr verdoppeln. Selbst wenn das für das Motormanagement nicht ganz
gelten würde, wäre das schon eine gewaltige Entwicklungsleistung.

Steuergerät - Software
Die Zeiten vieler selbstständig agierender Subsysteme ist vorbei. Im Prinzip geht
alles, was auch nur irgendwie den Motor betreffen könnte, an dessen Steuergerät.
Längst ist die Kühlung und neben der Regelung für den Generator auch das
Management für die Batterie einbezogen. Fehlt nur noch die Schmierung, aber
auch da gibt es ja schon neben dem Füllstand eine Qualitätsprüfung und
verstellbare und sogar elektrische Ölpumpen.

In erster Linie beschäftigt sich aber das Motormanagent-Steuergerät mit Pfaden,
aus denen Drehmoment kommt und deren Wirkungsgrade. Das Grundsignal ist
sozusagen das seit der Einführung von E-Gas eingeführte Gaspedal als Sensor.
Dessen Signal wird als Wunsch des/der Fahrers/in interpretiert, wie viel
Drehmoment denn bereitgestellt werden soll. Man kann das auch Lastanforderung
nennen.
Eigentlich ist das ein für den Achsantrieb gewünschtes Drehmoment, eventuell
umgerechnet in eine bestimmte Vortriebskraft. Wir begnügen uns aber mit dem
Drehmoment an der Kupplung. Natürlich muss mehr Drehmoment bereitgestellt
werden, weil die vielen Verluste zu berücksichtigen sind. Man kennt das schon
immer als indizierte und effektive Leistung.
Durch Einspritzung und Verbrennung erzeugter Druck im Arbeitstakt kann also um
die Verluste in den anderen Takten und durch Reibung und Motorsteuerung
reduziert werden. Daran kommt man nicht vorbei. Aber es gibt auch veränderliche
Faktoren, die das Drehmoment beeinflussen, wie z.B. die Zünd- oder
Nockenwellenverstellung. Rechenmodelle gehen hier zunächst von einem
Optimum aus, was einen bestmöglichen Wirkungsgrad ergibt.
Wenn man also kurz vor und nach der Zylinderabschaltung Regelungen vornähme,
die den Wirkungsgrad verschlechtern, müssen die vom Gewinn an Wirkungsgrad
durch die Abschaltung abgezogen werden. Natürlich kann man nicht alle
Sensorsignale drehmomentbasiert aufnehmen. Auch wirken nicht alle Aktuatoren
auf das Drehmoment. Die wirken, lassen sich in langsam und schnell wirkende
(Pfade) aufteilen.
Mehr Luft für den Brennraum lässt sich durch mehr Drosselklappenöffnung
vergleichsweise langsam realisieren, die Verstellung der Zündung wirkt schneller.
Also werden alle Maßnahmen auf ihre Auswirkungen auf das Drehmoment
umgerechnet. Dann heißt es u.U. nicht mehr, 5° mehr Spätzündung zu geben,
sondern durch die Zündung 10 Nm weniger Drehmoment zu erreichen (schneller
Pfad).
Ergibt sich im Rechenmodell ein schneller, signifikanter Drehmomentabfall, so
würden wir das als Lastwechselschlag oder Ruck definieren. Auch dies kann das
System schon vor der Ausgabe der Befehle berücksichtigen. Es kann entweder
irgendwo zusätzliches Drehmoment generiert werden, oder die Verstellung muss
warten, bis eine Momentenreserve durch mehr angesaugte Luft bereitsteht.
Natürlich alles unter Gewährleistung von Lambda 1.
Der kurzzeitige Aufbau einer Momentenreserve kann auch sinnvoll sein, wenn z.B.
das Einschalten der Klimaanlage verlangt wird. Hier wäre eine gewisse
Verzögerung denkbar, um eventuell fühlbare Unterschiede im Drehmoment
auszugleichen. So kann natürlich auch der durch weiche Motoraufhängung
bedingten Schaukelbewegung des Triebwerks entgegengewirkt werden. Dazu
muss natürlich auch die Bewegung der Kurbelwelle und damit auch deren Drehzahl
berücksichtigt werden.
'Ausblenden' ist zu einem wichtigen Stichwort geworden. Bekannt ist es bei der
Abschaltung von Zylindern. Aber auch zur Realisierung einer abgestuften
Drehmomentveränderung kann es wichtig sein. Man kann gezielt einzelne
Einspritzvorgänge ausfallen lassen (ausblenden). Das kann so vereinzelt
geschehen, dass mit oder sogar ohne Mehrmengen für die anderen Zylinder sogar
die Lambdaregelung ohne Probleme weiterarbeitet.
Also ist das Wiedereinsetzen der Einspritzung aus der Schubabschaltung heraus
durch eine bestimmte Drehzahlunterschreitung eine Drehmomentanforderung. Die
wird dann z.B. beim Stillstand des Fahrzeugs für eine besonders niedrige
Leerlaufdrehzahl noch einmal reduziert, kann aber beim Losfahren durch einen
schnellen Pfad kompensiert werden. Dem Fahrerwunsch wird also nicht immer in
der kürzest möglichen Zeit entsprochen.
Allerdings sind bei vielen Fahrzeugen Fahrmodi wählbar, da werden die Prioritäten
vom höchstmöglichen Wirkungsgrad und besonderen Fahrkomfort in Richtung
Spontaneität umgesetzt. Drehmoment kann natürlich auch in Form von
Beschleunigung der Motordrehzahl nach dem Zünden jedes einzelnen Zylinders
gemessen werden. Fertigungsbedingte Toleranzen können so z.B. bei BenzinDirekteinspritzer durch unterschiedliche Einspritzmengen ausgeglichen werden.
Zylinderabschaltung
Es gibt zwei Arten der Zylinderabschaltung, die mit und ohne Eingriff in den
Ventiltrieb. Grundsätzlich betrifft die Abschaltung das Einspritzsystem. Die
Zündung bleibt meist erhalten. Werden die Ventile dauerhaft geschlossen ist eine
Abschaltung auch schon bei Vierzylinder-Reihenmotoren möglich. Schaltet man
die mittleren beiden Zylinder ab, sind zusätzliche Maßnahmen gegen zu starke
Unterkühlung meist nicht nötig.
Bleibt der Ventiltrieb intakt, wird Luft ins Abgassystem gepumpt und das beeinflusst
die Lambdaregelung negativ. Deshalb sind solche Abschaltungen eher für
komplette Zylinderbänke vorgesehen, bei denen jede über eine eigene
Lambdaregelung verfügt. Hier ergibt sich aber sehr wohl ein
Unterkühlungsproblem, falls dieser Zylinderbank nicht zusätzliche Wärme
zugeführt wird.
Jetzt könnte man zur Tagesordnung übergehen, wären da nicht die Probleme des
Umschaltens. Es darf nämlich keinesfalls passieren, dass zum Zeitpunkt des
Abschaltens der Hälfte der Motorzylinder das gesamte Drehmoment um die Hälfte
einknickt. Dieser Ruck würde mit Sicherheit zu Reklamationen führen. Deshalb wird
schon vorher bei den verbleibenden Zylindern eine sogenannte
'Drehmomentreserve' geschaffen.
Es gibt also vor einer Zylinderabschaltung eine kurze Vorbereitungsphase, in der
bei geöffneter Drosselklappe mehr Luft angesaugt wird. Lambdaregelung
vorausgesetzt, würde der Motor jetzt mehr Drehmoment produzieren, was aber
durch Spätzündung und Ausblendung bei der Einspritzung verhindert wird. Diese
Maßnahmen werden natürlich exakt mit der nun folgenden Zylinderabschaltung
zurückgenommen. Ein Ruck ist nicht spürbar.

Es sind schon die Ergebnisse von unter dem Thema Drehmomentmodell
zusammen gefassten Maßnahmen. Für die relativ rasche Generierung von
zusätzlichem Drehmoment gibt es heutzutage deutlich mehr Möglichkeiten.
Denken Sie nur an den elektronisch geregelten Ladedruck oder die mögliche
elektrische, kurzzeitige Abschaltung von Komforteinrichtungen wie beispielsweise
die Klimaanlage. Und dann ist da noch der gesamte Bereich Elektrifizierung, also
die Unterstützung des Turboladers oder des Antriebsstrangs durch E-Motoren.

Kraftstoff sparen
Sie werden verstehen, dass ein Buch über die Benzineinspritzung nicht einfach
ohne ein Kapitel über das Sparen des teuren Treibstoffs enden kann. Da wir Benzin
zum Thema gemacht haben, bleiben hier Lösungen wie der Kauf eines Diesel- oder
Gasfahrzeugs außen vor. Wir kaufen einen neuen Benziner. Wenn es ihn als
Gebrauchten gibt, auch gut. Wir meiden besonders hohe Fahrzeuge, es sei denn,
wir hätten uns von einem sehr guten Luftwiderstandsbeiwert umstimmen lassen.
Wenn wir viel Laderaum brauchen, wählen wir einen Kombi. Auch auf
irgendwelchen Allrad-Schnickschnack verzichten wir. Leicht soll das Auto sein,
deshalb vergleichen wir die Leergewichte, allerdings immer 'DIN' mit 'DIN' oder 'EU'
mit 'EU'. Wir schauen uns die Verbrauchsangaben der Hersteller nur mit einem
halben Auge an, eher die bei Tests ermittelten oder auch die CO₂-
Werte.
Wenn wir es uns leisten können, ziehen wir den Direkteinspritzer dem
Saugrohreinspritzer vor. Gern lesen wir hier im Prospekt auch den Hinweis auf
Schichtladung. Falls diese Werte überhaupt für uns erreichbar sind, wählen wir den
Wagen mit der längeren Übersetzung im höchsten Gang, also wenig Motordrehzahl
im Vergleich zur Geschwindigkeit (Downspeeding). Dabei ist uns die Zahl der
Gänge egal. Wer den Komfort liebt, nimmt ein Auto mit automatisiertem
Schaltgetriebe, aber nicht eins mit Wandlerautomatik.
{Mit ca. 2.000/min 130 km/h schnell sein.}
Wir fragen uns genau, wann wir eigentlich einen großen Transportbedarf haben.
Ist das nur selten der Fall, erwägen wir den Kauf des kleineren Autos mit gewissen
Zusatzeinrichtungen, z.B. einer Dachbox oder einer Anhängerkupplung. Haben wir
unser Wunschauto endlich gefunden, stöbern wir noch etwas in den bekannten
Foren, um Hinweise auf die Schwachstellen oder den echten Verbrauch zu
erhalten.
Wir benutzen das Auto wenn, dann möglichst ausgedehnt. Das gilt besonders im
Winter. Da schont man das Portemonnaie sehr, wenn man Fahrten zusammenlegt,
oder auch mal zu Fuß geht. Wenn wir das Auto benutzen, fahren wir immer direkt
los, keine Standzeiten mit laufendem Motor. Wir stellen eine eventuell vorhandene
Verbrauchsanzeige auf Strecken- und nicht auf momentanen Verbrauch ein. Damit
vergleichen wir eventuelle Fortschritte auf immer gleichen Strecken.
Geschaltet wird sehr frühzeitig. Dabei darf eine Schaltanzeige, die zum
Herunterschalten mahnt, auch schon einmal missachtet werden. Hauptsache, der
Motor ruckelt nicht. Und wenn er ruckelt, gehört er in die Werkstatt. Schlecht ziehen
darf er, aber nicht ruckeln. Passt das schlechte Anzugsvermögen gerade nicht zur
Verkehrssituation, kann man sich aus dieser durch Zurückschalten um einen oder
gar zwei Gänge befreien.
Mit der Zeit lernen wir, einen Gang zu überspringen. Dies aber nicht unter
Inkaufnahme einer hohen Drehzahl. Gut 2000/min reichen. Dreht man viel höher,
hat man nichts verdient. Dann schaltet man am besten normal. Überhaupt ist alles
schädlich, was ruckt. Stellt sich eine Neuerung als länger anhaltende
Betriebsstörung dar, ist sie auszusetzen. Übrigens eignet sich der Gang unter dem
höchsten ganz gut als erster Versuch.
Man kann sich beim Messen des Verbrauchs betrügen, indem man grundsätzlich
Umwege fährt, statt durch Staus zu manövrieren. Dann stimmt die
Verbrauchsanzeige, aber die gefahrene Strecke ist größer. Natürlich prüfen wir
regelmäßig den Reifendruck, übertreiben es aber nicht, sondern füllen höchstens
0,2 bar mehr ein. Auch sonst sollte das Auto in Ordnung sein.
Ab und zu rollen wir auf vollkommen freien Straßen einmal aus und schauen, dass
wir nicht mit einem kleinen Ruck zum Stehen kommen. Auf Schnickschnack wie
besondere Motoröle verzichten wir, sondern halten uns lieben an die
Werksvorgabe. Die ist schon teuer genug. Dafür halten wir lieber im Fahrzeug
Ordnung und bauen auch den Fahrradträger direkt nach Gebrauch wieder ab.

Fehlersuche 3
Es erklärt sich aus dem vorhergehenden Text, aber hier sind mögliche Fehler noch
einmal zusammengefasst. Wir schauen jetzt gezielt auf die Einspritzanlage, wenn
ein Motor nicht anspringt. Dazu müssen wir ausschließen, dass Kupplung oder
Gaspedal während des Startens betätigt wurden. Steht es in der
Bedienungsanleitung ausdrücklich anders, dann bitte .  .  .
Es könnte an der Kraftstoffpumpe liegen. Manche hört man beim Einschalten der
Zündung kurz anlaufen. Sollte Sie noch außerhalb des Tanks platziert sein, kann
man sie vielleicht durch leichtes Klopfen zum Laufen bringen. Aber das sind alles
nur Provisorien. Gibt es einen Erfolg, dann sollte man den nur bis zur nächsten
Werkstatt nutzen.
Bei Intankpumpen gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder Sie erreichen das
Tankmodul über einen Deckel im Karosserieboden, oder Sie müssten theoretisch
den ganzen Tank ausbauen. Zur Fehlersuche würde es aber reichen, irgendwo an
das Kabel zur Pumpe zu kommen, und wenn es am Relaiskasten vorne wäre.
Wie testet man, ob eine Leitung Strom zieht. Idealerweise mit der
Strommesszange. Hat man die nicht, hilft es manchmal auch, das Kabel an einer
Steckverbindung abzuziehen und dann wieder kurz anzutippen. Aber Vorsicht,
auch und gerade eine nicht funktionierende Pumpe zieht Strom und sorgt für
Funkenbildung. Es wäre schon schön, wenn man gleichzeitig aus dem Tank ein
Geräusch vernehmen würde.
Immerhin erfährt man durch eventuelle Funken, dass Spannung anliegt. Ist das
nicht der Fall, kann es auch an kalten Lötstellen entweder im Haupt- oder im
Pumpenrelais liegen. Dann muss man sich eben weiter in Richtung Sicherungen
und Spannungsquelle vortasten. Allerdings sollten Sie immer wissen, was Sie tun.
Stiften Sie keine Verbindung, die Ihnen nicht sicher bekannt ist, sonst produzieren
Sie zu einem Pumpen- noch einen Steuergerätedefekt.
Hören Sie den Lauf der Pumpe, den man im allergrößten Notfall auch schon einmal
direkt von Plus aber immer über eine Sicherung selbst legen kann (Abschaltung
nach Beendigung der Fahrt nicht vergessen!), dann ist natürlich damit noch nicht
sicher, dass genügend Kraftstoff gefördert wird. Wir machen aber jetzt erst einmal
elektrisch weiter. Außerdem hatten wird die hydraulische Prüfung der
Kraftstoffförderung schon.
Die Einspritzventile sind gefragt. Übrigens, wenn man sie je nach Bauart des
Motors leichter erreichen kann, wären auch sie für einen viel leichteren Einstieg in
die Fehlersuche geeignet. Dies umso eher, wenn sie sich, und sei es nur eins, leicht
ausbauen ließen. Wir aber prüfen zunächst einmal, ob denn überhaupt ein Signal
ankommt. Das darf an dieser Stelle sogar ausnahmsweise mit einer Prüflampe
oder irgendeinem anderen Lämpchen geschehen. Erwarten Sie kein Strahlen,
leichtes Flackern reicht für ein OK.
Und wenn dann noch die ausgebauten, aber nach wie vor an der Leitung
hängenden Einspritzventile einzeln oder in Gruppen einen einigermaßen
zerstäubten Strahl in ein vorbereitetes Behältnis abgeben, kommt so langsam die
Zündung in Verdacht. Wir setzen natürlich einen munter drehenden Starter (Nicht
zu lange betätigen!) voraus. Zusätzlich sollte das Ansaugsystem relativ dicht sein,
also am Übergang vom Luftfilter kräftig gesaugt werden.
Was kann unserem Benzinmotor noch passieren? Er kann z.B. sich im kalten
Zustand ziemlich ungehobelt gebärden. Da kommt dann direkt der
Temperaturfühler in Betracht, dessen Prüfung hier auch schon beschrieben würde.
So langsam wäre natürlich eine Fehlerauslesung sinnvoll, denn der mit dem
Temperaturfühler sollte dem Steuergerät im Vergleich mit dem Temperaturfühler
für die Ansaugluft aufgefallen sein.
Wenn möglich hat Fehlerauslesung ohnehin immer oberste Priorität. Wo das
heutzutage doch schon mit einem besonderen Kabel und einer entsprechenden
App sogar vom Smartphone aus geht. Viel Schraubarbeit spart man sich, wenn
man mit dieser Einrichtung auch gleich Messwerte ausliest. Der Aufruf eines
Einspritzsignals hätte uns fast die ganze Fehlersuche bisher erspart. Kluge
Menschen erinnern sich ihrer Ressourcen, bevor sie will drauflosschrauben.
Aussetzer sind bei Defekten ein häufiges Thema. Dazu ist zu fragen, ob die Förderbzw. Einspritzmenge ausreicht. Das kann an einem springenden Signal liegen oder
schlicht an zu wenig Kraftstoffdruck. Letzterer hängt zwar am Systemdruckregler,
wenn aber zu wenig ankommt, kann er auch nichts machen. Die Sicherstellung
einer ausreichenden Fördermenge wäre an dieser Stelle eine sichere Grundlage,
auf der man weiter testen kann.
Bei Oldtimern 2, heutzutage eher 3 bis 4 bar wären ein angesagter Wert. Bei
Direkteinspritzung sind die Verhältnisse ohnehin komplizierter und eine
Unfallverhütung dringend geboten. Mit bis zu 200 bar durch die Gegend zu spritzen
ist nicht nur brandgefährlich, sondern kann auch Augen und Haut verletzen. Wir
gehen immer noch von einem schlecht oder gar nicht startenden Motor aus. Der
hat immerhin den Vorteil, keine Bauteile erhitzt zu haben.
Kommt nicht genügend Druck an, ist das Leitungssystem auf Leckage(n) und
eventuelle Verstopfungen hin zu prüfen, wobei sich letztere auch im Kraftstofffilter
gebildet haben können. Übrigens kann ein zögerndes Anspringverhalten auch auf
ein defektes Rückschlagventil an der Kraftstoffpumpe zurückzuführen sein. Ist der
Fehler bis hierhin nicht gefunden und der Druckregler in Ordnung, muss sehr
wahrscheinlich die Pumpe erneuert werden.