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 Motronic
zusammengefasst. Auf Prüfstandsversuchen und Erfahrung beruhende Kennfelder
bestimmen längst das Geschehen. Wegen seiner gewachsenen Aufgaben ist das
Steuergerät zurück in den Innenraum gewandert und der HeißfilmLuftmassenmesser fällt als Steckmodul im Ansaugtrakt kaum noch auf.
Lassen Sie uns die ganze Entwicklung der Elektronik bis hierher am Beispiel der
Leerlaufanhebung noch einmal kurz wiederholen. Sie wissen das eine solche bei
kaltem Motor und nicht betätigtem Gaspedal nötig ist, sonst geht der Motor aus.
Schon bei D- und L-Jetronic gibt es einen Kanal um die Drosselklappe herum
(Bypass), dessen zusätzliche Luftmenge durch die übrige Sensorik bemerkt und
berücksichtigt wird.
Dem Bypass bleibt man treu und braucht sich fortan nur um die Steuerung dieser
Luftmenge zu kümmern. Denn genügend zusätzlicher Kraftstoff wird auch von den
nachfolgenden Systemen immer automatisch hinzugefügt. Wie wird nun diese
Luftmenge abhängig von der Motortemperatur reguliert? Das ist bei der D- und LJetronic kaum anders als bei der Startautomatik in der Vergasertechnik.
Zwei Metallstreifen bilden miteinander verbunden ein sogenanntes Bimetall, das
eine Bewegung ausführt, wenn es erwärmt wird. Die Bewegung wird für das Öffnen
bzw. Schließen des Bypass-Kanals genutzt, während die Wärme ein wenig vom
Motor und etwas stärker von einem langsam elektrisch erwärmten Glühdraht
kommt. Angeschlossen an Klemme 15 (Zündung Plus) wird damit mehr schlecht
als recht temperaturabhängig gesteuert.
Die nächste Generation, Leerlauf-Füllungsregler genannt, ist dann schon vom
Computer gesteuert. Stellen Sie sich einen Hubmagneten vor, der auf 12V-Basis
mit einem entsprechenden Ventilteller den Bypasskanal schließen kann. Da aber
immer nur ein bestimmten Prozentsatz von 100 µs (Tastverhältnis) angesteuert
wird, macht er nie den vollen Hub, sondern bleibt schön abhängig vom
Tastverhältnis bisweilen laut brummend irgendwo zwischen offen und geschlossen
stehen.
Den gleichen Effekt, nur mit etwas mehr Aufwand, kann ein Drehsteller mit zwei
Wicklungen oder einer Wicklung und Gegenfeder haben. Man steuert ihn so
blitzschnell mit 12 und 0 Volt an, dass seine Endlagen nur erreicht werden, wenn
diese Wechsel aufhören. Schön ist, dass man auch hier mit dem Oszilloskop die
Korrektheit der Regelung wunderbar nachvollziehen kann. Natürlich sind wir jetzt
vom Zusatzluftschieber als rein elektrischem Gerät direkt in die Digitalzeit
gesprungen.
Fehlersuche 1
Wenn es sich auch bei den Fahrzeugen mit diesen Anlagen um echte Oldtimer
handelt, heißt das nicht, dass man nicht systematisch vorgehen sollte. Gestatten
Sie mir eine dringende Vorbemerkung, bevor wir die Kraftstoffseite untersuchen.
Diese Anlagen haben in der Regel zwei Arbeitsstromrelais, eins für die gesamte
Anlage und eins für die Kraftstoffpumpe. Schon die Suche nach diesen beiden kann
ein Problem sein.
Zu der Zeit sind Relaiskästen noch nicht allgemein üblich. Auch kann das gleiche
Fahrzeug mit Vergaser- oder Einspritzmotor ausgerüstet sein. Aber es lohnt sich,
sie zu suchen. Denn alte Arbeitsstromrelais haben so ihre Macken. Deren
Lötpunkte zu kontrollieren bzw. nachzulöten oder diese zu ersetzen lohnt in fast
jedem Fall. Im Falle eines Defektes kommt es nämlich bisweilen zu so einer Art
Wackelkontakt, der tolle Fehler produzieren kann.
Setzen wir also jetzt Stromversorgung einschließlich der Prüfung von ebenfalls
bisweilen sehr vereinzelt anzutreffenden Sicherungen voraus. Dann überbrücken
wir doch gleich das Relais für die Pumpe. Aber Vorsicht, Überbrücken bedeutet,
eine Verbindung zu setzen. Geht die fälschlicherweise von Plus ins Steuergerät
hinein, kann sich das verabschieden, auch ohne in Rauch aufzugehen.
Wenn man Glück hat, geht der Arbeitsstrom zur Pumpe über die eindeutig dickeren
Klemmen. Ansonsten genau aufpassen, was man verbindet. Vorher versucht man,
am Tank die Rücklaufleitung zu lösen und in einen Messbecher zu leiten. Mit
laufender Pumpe müsste das System mindestens einen halben Liter pro Minute
fördern. Eher noch mehr, aber der Hersteller gibt die Werte auch abhängig von der
Bordspannung an.
Als nächstes schließen wir ein Manometer an, allerdings in den Vorlauf entweder
am Tank oder am Motor. Die D-Jetronic wird mit etwa 2 bar angegeben. Je neuer,
desto höher sind die Werte, können bei relativ neuen Anlagen auch gerne 3 – bis
4 bar und auch noch deutlich mehr betragen. Wird der Wert nicht erreicht, gerät
der Systemdruckregler in Verdacht. Natürlich setzen wir bei diesen Kraftstofftests
einwandfreien Durchfluss durch die Leitungen voraus.
Jetzt kommen die einzelnen Einspritzventile dran. Es gibt zwar entsprechendes
Prüfgerät von Bosch, aber für ein einziges Auto müsste es auch mit einem
durchstartenden Motor gehen. Achten Sie nur darauf, dass ein Startvorgang nicht
zu lange dauert und der Starter zwischendurch abkühlen kann. Also Ring- oder
Längsleitung mit E-Ventilen ausbauen und diese in entsprechende Behältnisse
spritzen lassen. Dabei sieht man, ob alle auch hydraulisch arbeiten und auch
möglichst in der Menge untereinander gleichmäßig sind.
Auf die besondere Bedeutung des Einspritzsignals ist schon hingewiesen worden,
auf den Anschluss des Oszilloskops z.B. am Leerlauf-Füllungsregler ebenfalls.
Dem Zusatzluftschieber kann man nach dessen Ausbau sogar beim Schließen
zusehen. Sensorsignale ermittelt man durch Stecken von Prüfadaptern zwischen
Steuergerät und Kabelstecker. Leider verwischt man dabei eventuelle
Übergangswiderstände in solchen Steckverbindungen. Natürlich steht bei digitalen
Steuergeräten ein auslesbarer Fehlerspeicher und Messwerteblock zur Verfügung.
Wenn alle Stricke reißen, bleibt nur noch der Austausch des Steuergeräts.
Tragisch, wenn das nicht mehr lieferbar ist. Aber da ist Hoffnung auch jenseits von
Schrottplätzen. Denn es gibt Experten, die haben universale Steuergeräte so mit
Software gefüttert, dass sie die Aufgaben der alten analogen samt originaler
Steckerbelegung übernehmen können, und manchmal sogar noch kostengünstiger
als die Originale sind.
Abgase 1
Das allermeiste bisher Beschriebene hat ohne Abgasregelung funktioniert. Also
waren die verschärften Abgasvorschriften nicht der Auslöser für die Entwicklung
der Benzineinspritzung, oder doch? Immerhin gibt es zu Zeiten der ersten
amerikanischen Abgasregelung mehrere deutsche Autotypen, die durchfallen.
Manchmal muss der Chef selbst rüberjetten, um zu retten, was zu retten ist. In
einem ganz konkreten Fall verspricht der Hersteller, innerhalb eines halben Jahres
für die zu prüfenden Fahrzeuge die Benzineinspritzung einzuführen und erhält
dadurch eine Notzulassung.
Allerdings sind da noch die übrigen Nachteile des Vergasers und der Wunsch nach
unkomplizierterer Leistungssteigerung. Immerhin ist die Mehrpunkteinspritzung mit
einer Mehrvergaseranlage vergleichbar. Haben Sie eine solche schon einmal
versucht einzustellen? Einen Sack mit Flöhen zu hüten ist einfacher.
Abgasvorschriften sorgen lediglich dafür, dass existierende Anlagen um diese
Funktionen erweitert werden und wesentlich schneller und vollständiger den
Vergaser ersetzen.
Basis für die auch heute noch existierende Abgasentgiftung ist der DreiwegeZweibett-Katalysator mit Lambdaregelung, wobei ersterer letztere bedingt.
'Dreiwege' heißt nichts anderes, als das die wichtigsten Schadstoffe
Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickoxide (NOX) in
einem solchen Massenverhältnis im Katalysator ankommen, dass sie durch eine
vom Katalysator begünstigte Reaktion gegeneinander ausgeglichen werden
können.
Mit 'Zweibett' ist die gleichzeitige Oxidation und Reduktion gemeint. Am Ende gibt
es fast nur noch Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und
Stickstoff (N). Die Betonung liegt aber auf der Vorbedingung für den Erfolg dieser
Maßnahme, das richtige Massenverhältnis. Kurzum, dieses Massenverhältnis stellt
sich bei ? (Lambda) = 1 ein, wenn also 1 kg Kraftstoff mit 14,8 kg Luft verbrennt
und ebenfalls nur CO2, H2O und N übrig bleiben.
Das hört sich übrigens komplizierter an als es ist. Denn eigentlich könnte man das
Massenverhältnis auch ohne Versuche ausrechnen, man müsste nur die Verteilung
zwischen NO und NO2 kennen. In der Literatur finden Sie deshalb auch
die '14,5' oder noch andere Zahlen. Hätten also bei Lambda = 1 alle Atome
einander gefunden, wäre die Nachsorge durch den Katalysator gar nicht nötig.
Aber es gibt zwei wichtige Widersacher, der mangelnde Grad der Durchmischung
und die äußerst geringe zur Verfügung stehende Zeit. Kurz gesagt sorgt also das
Platin oder Rhodium im Katalysator dafür, dass hier die fehlenden Reaktionen
fortgesetzt werden können. Dabei nimmt es übrigens nicht an der Reaktion teil, es
muss nur Kontakt haben, darf z.B. nicht durch Bleizusätze verschmiert sein.
Wir haben uns um den Teil der Abgasentgiftung zu kümmern, der für die
Herstellung eines bestimmten Mischungsverhältnisses verantwortlich ist.
Wichtigstes Bauteil dazu ist die Lambdasonde, genauer gesagt die
Zweipunktsonde. In ihrer ersten Version besteht sie aus einem kleinen Hohlraum,
der von einer dicken Schicht Zirkondioxid umhüllt ist. Der Hohlraum ist mit der
Außenluft verbunden während um das Zirkondioxid herum die gerade
gesammelten Abgase Zutritt haben.
Also gibt es auch in einer Lambdasonde keine beweglichen Teile, nur ein Kabel,
das mit einer Platinschicht innen auf dem Zirkondioxid verbunden ist. Eine zweite
gleichartige Schicht außen ist an die Motor- oder Fahrzeugmasse angeschlossen.
Man nennt das keramikartige Zirkondioxid auch 'Festkörperelektrolyt'. In
Bleibatterien ist deren flüssiger Elektrolyt in der Lage Ionen zu transportieren.
Genau dieses trifft im Zirkondioxid auf Sauerstoffionen zu. Diese durchwandern
also die Keramik, sobald ein Unterschied in der Sauerstoffkonzentration zwischen
Abgas- und Außenluft vorliegt.
Ähnlich einer Batterie wird also die Lambdasonde mit ihren im Prinzip zwei
Anschlüssen zur Spannungsquelle. Allerdings reicht die Stromstärke nur für ein
gewöhnliches Multimeter, was für eine eventuelle Fehlersuche immerhin schon
ausreichen würde. Ganz simpel ausgedrückt, erzeugt ein fettes Gemisch mit
geringem Sauerstoffanteil im Abgasrohr eine Spannung nahe 1 Volt und ein
besonders mageres eher 0 Volt.
Für das Steuergerät ist genau der steile Verlauf der Spannungskurve zwischen
diesen beiden Zuständen wichtig. Es regelt also die Zufuhr von Kraftstoff so, dass
die Spannung ständig zwischen nahe 0 und nahe 1 Volt pendelt. Schließen Sie ein
älteres analoges Messinstrument an und Sie können im Leerlauf diese
Pendelbewegung beobachten. Natürlich lässt die Trägheit des Zeigers
Zwischenwerte weg, weshalb ein digitales Messgerät nicht so geeignet ist.
Allerdings braucht das Zirkondioxid dazu eine gewisse Temperatur. Das wäre
normalerweise 600°C oder mehr, wird aber durch Yttrium-Dotierung auf etwa
300°C herabgesetzt. Bevor die nicht erreicht wird, funktioniert die ganze
Lambdaregelung nicht. Deshalb wurde bei deren Einführung die Typprüfung immer
mit Fahrzeugen durchgeführt, die auf 20°C erwärmt waren. Erst mit den weiteren
Verschärfungen der Abgasgesetze kommen mit z.B. 7°C wesentlich niedrigere
Temperaturen vor.
Da die Abgase bei der Typprüfung im Gegensatz zur Abgasuntersuchung z.B. beim
TÜV gesammelt werden, verderben die zu Beginn des Tests aufgefangenen
natürlich sehr stark das Messergebnis. Folglich gibt es ein ganzes Bündel von
Maßnahmen, diese Anfangsphase möglichst abzukürzen. Neben der Anordnung
der Lambdasonde unmittelbar im Abgaskrümmer ist die elektrische Heizung heute
Stand der Technik. Allerdings hat der Katalysator ein ähnliches Problem, denn
seine Arbeit beginnt erst ab ca. 450°C.
Gehen Sie im weiteren Verlauf dieser Berichterstattung davon aus, dass ein
Benzinmotor fast immer lambdageregelt ist. Allerdings gibt es neben der
Ausnahme des kalten Motors noch andere. So kann man einen Benzin-Saugmotor
nur beschleunigen, wenn man kurzzeitig anreichert. Es mag neuere Turbo-Motoren
geben, wo in bestimmten Bereichen so viel ungenutzter Druck im Abgassystem
vorhanden ist, dass damit eine Beschleunigung möglich ist.
Das wäre durch eine geeignete Regelung am Kompressor in fast allen
Betriebsbereichen möglich. Aber in aller Regel wird zusätzlich oder allein nur
angereichert, mithin das Lambdafenster kurzzeitig verlassen. Und das gilt auch für
den Volllastbereich. Denn nur sehr selten verzichtet ein Hersteller auf günstige
Katalogwerte wegen geringerer Abgaswerte.
Zumal er ja nicht kontrolliert bzw. bestraft wird. Denn die verlangte Beschleunigung
im Abgastest ist gering, weil sie ja von allen Fahrzeugen erreichbar sein muss. Das
gilt dann auch für die Höchstgeschwindigkeit, momentan bei 120 km/h. Darüber
kann der Hersteller machen, was er will. Immerhin sind die Steuergeräte
inzwischen schlau genug. Zu vermuten wäre, dass sie sogar relativ rasch
erkennen, dass sie sich im Abgastest befinden und dementsprechend tiefstapeln.
Bei Kaltstart, Warmlauf, Beschleunigung und Volllast haben in der Regel die
Messergebnisse der Lambdasonde keine Wirkung.
Zentraleinspritzung
Die Einführung strenger Abgasregelungen und die damit verbundene Einführung
der Lambdaregelung kommt in der Kfz-Herstellung schon einer kleinen Revolution
gleich. Jahrzehntelange Hersteller von Vergasern wie beispielsweise Pierburg
(Solex) müssen sich plötzlich nach einer komplett anderen Produktpalette
umsehen. Mit dem elektronischen Vergaser gibt es noch Versuche, auch hier die
Lambdaregelung zu ermöglichen, aber die Herstellungskosten steigen und die
Mehrpunkt-Benzineinspritzung bleibt überlegen.
Nach dem endgültigen Verschwinden des Vergasers bleibt bei den Kleinwagen und
der unteren Mittelklasse ein Kostenproblem. Dieses versucht als erste eine Anlage
zu überwinden, die es im Prinzip schon seit 1974 gibt. Hersteller ist der GMKonzern, der bis etwa 1985 die Multiple Technologie zur Serienreife
bringt. Sie kommt im Corsa-A und Kadett-E zur Welt und setzt einige Akzente.
Viele verwechseln noch heute das Drosselklappen-Einspritzgehäuse mit einem
Vergaser. Es enthält aber unverkennbar ein zentrales Einspritzventil. Da es relativ
weit weg ist von der Wärmequelle Motor, ist es nicht so gefährdet durch
Dampfblasen wie die motornahen Einspritzventile. Außerdem ist es 'bottom
feeded', wird also von unten mit Kraftstoff versorgt. Zusätzlich sorgt ein Filter für
Dampfblasen dafür, dass sich diese nach oben über den federbelasteten
Druckregler in den Rücklauf absetzen.
Auch die nunmehr größere Einspritzmenge hilft ein wenig. Das Ergebnis kann sich
sehen lassen, 0,75 bar Förderdruck reichen aus. Folgerichtig reicht hier eine
allerdings zweistufige Strömungspumpe aus. Sie ist im Tank eingebaut. Der Filter
muss natürlich auswechselbar sein, sitzt weit vor dem Tank. Seine Anordnung auf
der Druckseite der Pumpe kann aber durch deren Unempfindlichkeit gegen
Schmutz kompensiert werden.
Wegen der größeren Öffnung und Genauigkeit der Regelung pendeln die
Einspritzzeiten bei der Multec zwischen 1,5 ms im Leerlauf und 5,5 ms bei Volllast.
Wegen der Baugröße sind die erforderlichen Ströme und die Anzugs- und
Abfallzeiten schon etwas problematischer als bei der Mehrpunkt-Einspritzung. Wie
bei allen elektronisch betriebenen Anlagen ist auch dieses massegetaktet und der
Querschnitt bei geöffnetem Ventil stets gleich.
Durch die Anordnung des Einspritzventils oberhalb der Drosselklappe hat der stark
wechselnde Saugrohrdruck hier keinen Einfluss mehr auf die Einspritzmenge. Eine
entsprechende Anpassung im Systemdruckregler kann entfallen. Der ist vielmehr
im Werk fest eingestellt. Durch bessere Auswertungstechnik gehen vom
Drosselklappenpotentiometer jetzt sich linear ändernde Spannungen zwischen
etwas über 0 Volt und knapp 5 Volt aus und sind leichter zu kontrollieren.
Dass es sich um eine digital geregelte Anlage handelt, merkt man spätestens am
Leerlauffüllungs-Schrittmotor. Der kann in 255 Stufen einen Bypass um die
Drosselklappe auf- oder zufahren. So wird der Kaltlauf geregelt. Erstaunlich ist,
dass er bis zu 160 Schritte pro Sekunde schafft. Die Tradition beibehalten hat man
bei GM auch durch Verwendung eines Druckfühlers. Wir werden weiter unten bei
Bosch sehen, dass es auch noch anders geht.
Die Ermittlung des Lastzustandes durch Messung des Saugrohrdrucks hat
Tradition und ist auch heute noch präsent. In diesem Fall gibt es zwei durch
Membrane getrennte kleine Räume, der eine als Vakuum und der andere mit
Saugrohrdruck beaufschlagt. Im Vakuum sind vier in Reihe geschaltete
Piezowiderstände, die bei absoluten Drücken von 0,3 bar und 0,95 bar
Spannungen von gut 1 Volt bis wiederum knapp 5 Volt ausweisen.
Neben einem Sensor für die Erkennung, ob das Fahrzeug steht oder fährt ist
vielleicht noch die Zündung interessant. Inzwischen ist man auch hier so weit,
deren Verstellung elektronisch regeln zu können. Allerdings gibt es immer die
Hochspannungsverteilung mit rotierendem Verteilerfinger. Schön ist auch der
Blinkcode, der erste Vorteil des digitalen Zeitalters für die Werkstatt. Nach dessen
Aktivierung darf man konzentriert zählen und mit entsprechenden Tabellen
vergleichen.
Etwa zur gleichen Zeit bringt Bosch die Mono-Jetronic heraus. Neben dem
zentralen Einspritzventil in einem entsprechenden Gehäuse gibt es doch
erwähnenswerte Unterschiede. Der Förderdruck ist mit 1 bar etwas höher, die
Pumpe aber nicht prinzipiell anders. Besonders wichtig ist der Verzicht auf die
Druckmessung. Hier bemisst eine Einspritzanlage erstmals die einzuspritzende
Menge nach den Messergebnissen der Lambdasonde und des
Drosselklappenpotis.
Spätestens hier mögen Sie die überragende Stellung der Lambdasonde erkennen.
Daran hängt natürlich auch die Menge an Problemen, sollte sie einmal nicht
funktionieren. Sie werden es nicht glauben, aber man kann mit so einem Motor
auch bei nicht funktionierender Lambdasonde noch fahren. Allerdings merkt man
bei allzu viel Gas geben deutlich die Überfettung. Sie können bei unvorsichtiger
Behandlung wie in grauer Vorzeit die Kerzen nass werden und der Motor seinen
Dienst endgültig einstellen. Natürlich ist das keineswegs gesund, weder für den
Motor, noch für den Katalysator.
Völlig anders gelöst ist bei diesem System die Anreicherung bei kaltem Motor. Hier
wird die von der Vergasertechnik übernommene, leichte Öffnung der Drosselklappe
praktiziert. Wenn Sie mich fragen, fand ich die Opel-Regelung einfacher. Der
Stellmotor bewegt die Drosselklappe über einen Schneckentrieb und der kann sich
verhaken, wenn er in unzulässige Bereiche kommt. Außerdem ist da noch so ein
Tastschalter an der Spitze seines Betätigungsstiftes und der muss bei nicht
getretenem Gaspedal unbetätigt sein. Einstellen mit entsprechender Anleitung ist
geboten.
{Mono-Motronic: 1 Steuergerät für Mono-Jetronic und Zündung}
So, das sollte reichen für die Zentraleinspritzung. Man findet sie immer seltener in
der unteren Mittelklasse. Zu gravierend der fast einzig verbleibende Nachteil,
nämlich die Versorgung aller Zylinder von einer Stelle aus. Klar, dass dabei
Ungerechtigkeiten nicht ausbleiben, z.B. die äußeren Zylinder magere Gemische
erhalten als die inneren. Das lässt sich auch durch moderne Abgastechnik schwer
ausgleichen. Und je mehr solche Anlagen verschwinden, desto geringer der
Preisvorteil wegen der kleiner werdenden Serie.
K-Jetronic 1
Sie kam, erzeugte Begeisterung und verschwand nach geraumer Zeit und etlichen
Entwicklungskosten. Da sieht man einmal, dass man auch in der Industrie nicht alle
Schwierigkeiten vorhersehen kann. Oder noch besser formuliert: Bisweilen muss
man zwei konkurrierende Entwicklungen zulassen, weil es für beide wichtige
Befürworter gibt, in diesem Fall für eine mechanische Einspritzung in der Mehrheit.
Doch der reinen Mechanik standen dann die Abgasvorschriften im Weg. Sie waren
nur mit zusätzlicher Elektronik zu erfüllen, die in der Konkurrenzanlage ohnehin
vorhanden war. Letztlich ist die jetzt hier zu beschreibende Anlage weniger an
technischen als vielmehr an finanziellen Aspekten gescheitert. Sie bleibt trotzdem
ein Leckerbissen und manche Kfz-Ambitionierten trauern ihr nach.
{Erstmals im Porsche 911 T von 1973}
Es ist das Kontinuierliche, was den Unterschied zu der bisher besprochenen
Anlage ausmacht. Wie kann man die oben schon einmal errechnete
Einspritzmenge, die einem Würfel von nur 3 mm Kantenlänge entspricht, jetzt auf
die fünffache Zeit verteilt trotzdem noch fein zerstäubt einspritzen? Rechnerisch ist
das ganz einfach: mit 0,1 bar Druck durch einen Querschnitt mit 0,1 mm Breite.
Aber praktisch zu realisieren?
Vielleich erklären diese beiden Werte schon, warum diese von ihrem Prinzip her
naheliegende Anlage mit dem Jahr 1972 so relativ spät kommt. Technisch war das
vorher wohl noch nicht möglich. Denn hier gibt es keine Präzisierungshilfen durch
die Elektronik. Alles muss rein hydraulisch bzw. mechanisch erledigt werden.
Wieder einmal ist es Bosch, diesmal offensichtlich unter Mithilfe von Porsche.
Wie erzeugt man einen Druck von 0,1 bar? Das geht offensichtlich nur als
Differenzdruck. Stellen Sie sich zwei durch eine metallene Membran geteilte
Räume vor, eine als Unter- und eine als Oberkammer. Von oben ragt ein Röhrchen
in die Oberkammer und ragt exakt bis zur Membrane. Nehmen Sie ruhig an, die
Öffnung des Röhrchens werde durch die Membrane gerade so verschlossen.
Jetzt brauchen wir noch eine kleine Schraubenfeder, die von oben auf die
Membrane wirkt. Die Feder ist so relativ schwach, dass sie die Membrane gerade
etwas öffnet. Sind die beiden Kammern mit Kraftstoff unter gleichem Druck gefüllt,
ändert sich nichts an der Situation. Natürlich wird sich jetzt etwas Kraftstoff durch
das Röhrchen verabschieden. Sinkt der Druck relativ zur Unterkammer auch nur
um 0,1 bar, schließt die Membran das Röhrchen.
{Mengenteiler von unten}
Und einem 0,1 mm breiten, senkrechten Schlitz begegnet man auf dem Weg von
der Unter- zur Oberkammer. Er ist im Gegensatz zu seiner geringen Breite relativ
hoch. Dahinter gibt ein sogenannter 'Steuerkolben' in seiner obersten Stellung
relativ viel Querschnitt frei und in seiner untersten relativ wenig. Kraftstoff strömt
von den 4,8 bar der Unterkammer durch den Schlitz, wird damit mengenmäßig
bestimmt, in die 4,7 bar der Oberkammer und solange dieser Differenzdruck von
0,1 bar besteht, zu dem jeweiligen Einspritzventil am Zylinder.
Der Name Einspritzdüse wäre zutreffender, denn er markiert schlicht nur das Ende
der Einspritzleitung durch einen leicht federbelasteten Kegel, der für Zerstäubung
sorgt. Die mengenmäßige Zuteilung geschieht also nicht am Einspritzventil
sondern vor Eintritt in die Einspritzleitung. Dem entsprechend haben die
Einspritzventile der K-Jetronic auch keine Magnetventile, sonst würden sie ja
intermittierend einspritzen.
So, das war jetzt der Weg des Kraftstoffs von einer Unterkammer zur
entsprechenden Oberkammer und dann zum Einspritzventil. Jetzt stellen Sie sich
bitte um den einzigen Steuerkolben herum gleichmäßig verteilt so viele Unter-
/Oberkammern und 0,1 mm breite Schlitze vor, wie der Motor Zylinder hat. Wenn
jetzt noch alle Unterkammern dauerhaft mit Kraftstoff versorgt werden, haben wir
schon wesentliche Teile des Systems erkannt.
Halt, ein Hinweis fehlt noch. Wir wissen noch nicht, wie der Steuerkolben bei viel
Kraftstoffbedarf angehoben wird. Jetzt kommt die Luftklappe ins Spiel, vom Prinzip
her durchaus vergleichbar mit der des Luftmengenmessers, aber hier als
'Stauscheibe' bezeichnet. Sie ist rund in einem Gehäuse mit konischen Wänden.
Wird sie von der zum Motor strömenden Luft angehoben, gibt sie einen immer
größer werdenden Querschnitt frei. Diese Stauscheibe hebt beim Auslenken über
einen Mechanismus den Steuerkolben.
So einfach und doch kompliziert zugleich ist die erste K-Jetronic. Sie entspricht der
z.B. im Golf GTI eingebauten. Finden Sie eine solche im Mercedes, dann wird die
Stauscheibe bei mehr Kraftstoffbedarf nicht nach oben, sondern nach unten
ausgelenkt. Der Hebelmechanismus ist geändert, aber der Steuerkolben arbeitet
in gleicher Weise. Je höher er steht, desto mehr Kraftstoff wird kontinuierlich
eingespritzt.
Allein das Geräusch ist schon pure Hydraulik. Es macht nämlich von Zeit zu Zeit
Sinn die einzelnen Einspritzventile auszubauen und in kleine Reagenzgläschen zu
stecken. Wenn Sie jetzt das Pumpenrelais überbrücken, die Zündung einschalten,
nicht starten und die Stauscheibe auslenken, hören Sie, wie der eben beschriebene
Mengenteiler arbeitet. Kraftstoff gelangt in die Röhrchen, hoffentlich mit nur
etwas10 Prozent relativ gleichmäßig.
Denn die Risiken einer Ungleichheit sind groß, besonders bei Oldtimern, die
vielleicht eine gewisse Zeit stillgelegt waren, an deren Kraftstoffsystem mit
Unachtsamkeit gearbeitet wurde. Kommt nur eine Fluse an die richtige Stelle oder
bildet sich durch eventuelles Wasser im Sprit etwas Rost, ist es um die
Gleichmäßigkeit geschehen. Und glauben Sie ja nicht, diese Unpässlichkeit
beheben zu können.
Der Versuch, den Mengenteiler zu öffnen, wird mit umherfliegenden Gummiringen
und kleinen Federn bestraft. Deshalb hilft Ihnen auch das Vorbild eines noch
kompletten Mengenteilers nicht weiter. Man könnte höchsten den Steuerkolben
nach unten ausbauen und versuchen, von dort aus an eventuelle Hemmnisse in
einem der 0,1 mm Schlitze zu kommen. Erstaunlich genug ist die Tatsache, dass
man von der Seite der Kammern aus den Steuerkolben durch diese minimalen
Schlitze wahrnimmt.
K-Jetronic 2
Sie werden hoffentlich jetzt einsehen, dass ein Öffnen der Anlage jenseits des
Kraftstofffilters mit Vorsicht zu geschehen hat. Ansonsten ist der Aufbau der
Kraftstoffförderung der gleiche wie bei anderen Mehrpunktanlagen. Nur der Druck
ist mit 4,7 bar bis sogar 6 bar bei den letzten Anlage deutlich höher und damit
natürlich der der Pumpe auch. Typisches Leiden der K-Jetronic ist die
Schwierigkeit, den heiß gefahrenen Motor zum Starten zu veranlassen. Das hat
den Golf GTI vielleicht Fans gekostet.
Folgen sind der immer höhere Kraftstoffdruck, der auch die Kraftstoffpumpe nicht
gerade verbilligt hat. Eine Umstellung auf Strömungspumpe rückte damit in weitere
Ferne. Hinzu kommt von Anfang an ein Kraftstoffspeicher, der ebenfalls im Laufe
der Zeit immer größer wird. Er hat die Aufgabe den Druck im System zu halten.
Spätere Systeme hielten auf diese Weise den Druck sogar über mehrere Tage.
Jetzt müssten Sie Vor-, Rücklauf und Kraftstoffversorgung der einzelnen Zylinder
eigentlich klar haben. Die Einspritzventile sind etwa an der gleichen Stelle wie die
der D- oder L-Jetronik angeordnet. Auffallend beim Blick in den Motorraum ist
sofort, dass zu jedem Ventil eine eigene Einspritzleitung führt. Sie münden alle am
Kraftstoffmengenteiler mit daneben angeordnetem Luftmengenmesser, das ist das
Teil mit der Stauscheibe.
Besonders wichtig auch für die Werkstattarbeit ist der Warmlauf. Die K-Jetronic hat
dafür einen eigenen Regler gleichen Namens. Er ist in seiner Funktion dem
Zusatzluftschieber entlehnt, den es für den erhöhten Leerlauf hier ebenfalls mit
Bypassleitung gibt. Aber der kalte Motor ist auch im Fahrbetrieb problematisch,
denn es gibt hier keinen Temperatursensor, der ein Steuergerät zu mehr
Einspritzung veranlasst.
Also kommt das Prinzip des Zusatzluftschiebers ein zweites Mal vor. Dabei wird
wieder ein Bimetall beheizt, dass diesmal keine Luft- sondern eine Kraftstoffleitung
gegen eine Feder mit dem warm werdenden Motor immer mehr öffnet. Dadurch
wird Kraftstoffdruck von oben auf den Steuerkolben geleitet. Ist der gering, gelingt
es der Stauscheibe auch bei wenig Luftdurchsatz, ihn aus zu lenken. Je höher
dieser sogenannte 'Steuerdruck' ist, desto geringer wird die Auslenkung bei
gleicher Luftzufuhr.
{Luftmengenmesser-Oberteil mit Mengenteiler für 8 Zylinder}
Überhaupt sind die Hebel-Übersetzung und die Ausformung des Lufttrichters an
der Stauscheibe wichtig für die Kraftstoffzumessung in einzelnen Betriebspunkten.
Hierin steckt etwas von dem, was wir heute bei digitalelektronischen Anlagen
Kennfeld nennen. Es muss schon für jeden Motor angepasst werden. Ganz einfach
funktioniert dagegen die Anreicherung bei Beschleunigung. Die Stauscheibe
schwingt einfach etwas mehr aus und kehrt dann zum neuen Betriebspunkt zurück.
Jetzt können Sie noch eine Verbindung zwischen dem Warmlaufregler und der
Beschleunigungsanreicherung sehen. Denn durch den noch nicht erreichten
Steuerdruck oben auf dem Steuerkolben schwingt die Stauscheibe noch weiter aus
und ergibt damit mehr Anreicherung bei kaltem Motor. Nur für die
Schubabschaltung gibt es keine so einfache Lösung. Hierzu werden
Gaspedalstellung und Motordrehzahl ausgewertet und ein Bypasskanal um die
Stauscheibe herum geöffnet.
Die K-Jetronic ist nun wirklich nicht mit anderen Einspritzanlagen vergleichbar. Das
gilt auch für ihre mangelnde Schubabschaltung. Bosch hatte damals eine
Nachrüstlösung in Form eines Schubabschaltventils, das unterhalb einer
bestimmten Drehzahl und bei nicht betätigtem Gaspedal einen Bypass um die
Stauscheibe öffnete und damit jegliche Auslenkung unmöglich machte.
{Funktionsfähige Anlage: Demonstration/Test einzelner Bauteile}
KE-Jetronic
Natürlich gehen die Abgasgesetze auch an der K-Jetronic nicht ohne
Konsequenzen vorbei. Und da Fahrzeuge mit K-Jetronic z.B. auch nach Kalifornien
geliefert werden, hat man für diese eine Lambdaregelung integriert, bei der Druck
in den Unterkammern durch ein getaktetes Ventil zum Rücklauf hin verändert
werden kann. Die Anlagen werden z.B. mit 'KA-Jetronic' bezeichnet, quasi
Vorläufer der KE-Jetronic.
Gründlich ändert sich zur K-Jetronic der Mengenteiler, an dem die KE-Jetronic
auch sofort zu erkennen ist. Er ist nicht mehr so schlank wie ehedem, sondern hat
zwei Zusatzgeräte rechts und links der Hebelachse für die Stauscheibe erhalten.
Das eine ist ein Potentiometer, das sehr viel wichtigere andere ist der
elektrohydraulische Drucksteller, der nun den Druck in den Unterkammern steuert.
Die beiden Bilder oben und unten zeigen den elektrohydraulischen Drucksteller in
zwei verschiedenen Situationen. Oben steuert er einen hohen Druck in die
Unterkammern ein, unten einen geringen. Deshalb tendiert die Einspritzmenge pro
Zeiteinheit oben gegen Null, während unten mit einer Druckdifferenz von ca. 0,4
bar die maximale Einspritzung erreicht wird, Wenn Sie genau hinschauen, können
Sie das sogar an der Membran erkennen.
Der Drucksteller ist also die Entdeckung der KE-Jetronic. Da sich die leichten
Druckfedern jetzt in den Unterkammern befinden, beträgt die Druckdifferenz bei
stromlosem Drucksteller 0,2 bar. Will man also seine Wirkung sichtbar machen,
muss man die Stromzufuhr messen, in der einen oder in der anderen Richtung.
Bosch hat mit dem Drucksteller einen universellen Aktuator geschaffen, der in allen
Betriebsbereichen das Mischungsverhältnis beeinflussen kann.
Der Warmlaufregler entfällt, damit auch ein Bauteil mit gewissem Ausfallpotential.
Es bleiben allerdings Zusatzluftschieber und Kaltstartsystem. Auf Drosselklappen
schalter und –potentiometer wird man ohnehin bei den elektronischen
Einspritzanlagen bis zur Einführung des E-Gas nicht verzichten können. Hinzu
kommt sogar ein weiteres Potentiometer an der anderen Seite des Mengenteilers,
dessen Signale aber nur bei kaltem Motor eine Rolle spielen.
Das ist typisch für die Lambdaregelung. Nichts wird dem Zufall überlassen, jeder
nur denkbare Betriebsbereich überwacht und geregelt. Natürlich ist damit der
Vorteil der K-Jetronic ohne Steuergerät entfallen. Die KE-Jetronic braucht es,
obwohl sie schon von Haus aus komplizierter und teurer als die intermittierende
Einspritzung ist. Dazu noch die lästige Klappe bzw. Scheibe im Ansaugbereich.
Wenn Sie jetzt noch die Heißstartprobleme hinzunehmen, die erst mit 6 bar
Förderdruck, einer entsprechend großen und teuren Pumpe und einen wiederum
vergrößertem Druckspeicher in der Versionsnummer 3 gelöst werden, können Sie
sich leicht ausrechnen, welche Anlage überlebt, obwohl man dieser hier sehr gute
Werte bei der Entfaltung des Motordrehmoments über die verschiedenen
Drehzahlbereiche nachsagt. Wenn andere Anlagen das annähernd auch können,
entscheiden die Kosten.
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