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Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 3: Motorsteuerung Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

Arbeitsspiel des Viertaktmotors

Bild 3.1_1 Quelle: Bosch


Ventilsteuerdiagramm



Diagnose / Notlauf / Motorschutz (!)Diagnose / Notlauf / Motorschutz (!)

Schubabschaltung

Aktivkohlefilter Regenerierung

Variable Ventilsteuerung (VVT/VCP)

Weitere….

Volllastbegrenzung ->EinspritzmengeDrehzahl-Endabregelung ->Einspritzmenge

Weitgehend motorisch bedingt(z.B. max. Zylinderfüllung)

Begrenzung Betriebsbereich

Über Laststeuerung ->Einspritzmengeüber Laststeuerung, typischerweise- Zündzeitpunkt-Luft-Bypassventil (+ Drosselklappe)

Drehzahlregelung

Einspritzmenge

je nach Eingriffsmöglichkeiten Lader:Ladedrucksteuerung oder –regelung

Luftmasse (Zugriff nur bei E-Gas)- Drosselklappe- VTG- / Wastegate-Lader

Für schnelle Eingriffe:

- Zündzeitpunkt- Luft –Bypassventil

Laststeuerung

Einspritzbeginn (SB)

Je nach System, z.B. bei Common Rail ggf. Voreinspritzung (Beginn/Menge), Raildruck etc.

Teilweise Abgasrückführung

Einspritzung -Position-Vorsteuerung Menge-Lambda-Regelung

Zündung -Zündzeitpunkt-Schließwinkel /-zeit-Klopfregelung

Abgasrückführung

Beeinflussung Verbrennung-> Wirkungsgrad Emissionen

Stellgröße / Funktion DieselStellgröße / Funktion OttoAufgabe

Prinzipvergleich Otto/Diesel

Bild 3.1_3


Drehmomente am Antriebsstrang


1. Nebenaggregate(Generator, Klimakompressor usw.)

2. Motor3. Kupplung4. Getriebe


Geschichtliche Entwicklung von Benzineinspritz-und Zündsystemen der Fa. Bosch



Stellung von Kurbelwelle und Kolbenim Zündzeitpunkt Z



Aufgaben der Zündanlage



Vergleich von Zündkennfeldern


Elektronisch optimiert Mechanisches Verstellsystem


Zündanlage mit konventioneller Spulenzündung


1 Batterie

2 Zündschalter

3 Zündspule

4 Zündverteiler

5 Zündkondensator

6 Unterbrecher

7 Zündkerzen

Rv Vorwiderstand zurStartspannungsanhebung


Zahnscheibe mit Induktionssensor



Schema einer vollelektronischen Zündanlage (VZ)


1 Zündkerze

2 Einzelfunken-Zündspule

3 Drosselklappenschalter

4 Steuergerät

5 Motortemperatursensor

6 Klopfsensor

7 Drehzahl- und Bezugsmarkensensor

8 Geberzahnrad

9 Batterie

10 Zünd-Start-Schalter


Zündfolge von Viertaktmotoren



Signalverarbeitung im elektronischenZündsteuergerät


1 Motordrehzahl

2 Schaltersignale

3 CAN (serieller Bus)

4 Saugrohrdruck

5 Motortemperatur

6 Ansauglufttemperatur

7 Batteriespannung

8 Mikrocomputer

9 Analog-Digital-Wandler

10 Leistungsstufe


Berechnung des Zündzeitpunktes

BetriebspunktabhängigeZündwinkelkorrektur

Grundzündwinkel ausLast- und Drehzahlsignal

Temperaturkorrekturen

Nachstart- und Warmlaufkorrektur

Schiebebetrieb

Korrektur vor Schubabschalten

Korrektur beim Wiedereinsetzen

Korrektur beiGetriebeeingriff

Zündwinkeleingriffbei Leerlaufregelung

Zündwinkeleingriffbei Klopfregelung

Zündwinkelbegrenzung

Zündzeitpunkt

nein

ja



Einzelfunken Zündspule


Einzelfunken-Zündspule.1 Niederspannungsanschluss außen,2 lammelierter Eisenkern,3 Primärwicklung,4 Sekundärwicklung,5 Hochspannungsanschluss innen über Federkontakt,6 Zündkerze.


Zweifunkenzündanlage



Zweifunken Zündspule



Systeme zur Gemischbildung


Zentraleinspritzung1 Kraftstoff2 Luft3 Drosselklappe4 Saugrohr5 Einspritzventil6 Motor

Einzeleinspritzung1 Kraftstoff2 Luft3 Drosselklappe4 Saugrohr5 Einspritzventile6 Motor

Direkteinspritzung1 Kraftstoff2 Luft3 Drosselklappe (EGAS)4 Saugrohr5 Einspritzventile6 Motor


Vergleich der Einspritzarten



Kraftstoffversorgungssystem



Einspritzventile top-feed / bottom-feed



Einspritzventile, integriert im Kraftstoffverteiler



Einspritzventil mit Luftumfassung



Zumeßarten und Kraftstoffaufbereitung



Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem


1 Leitung vom Kraftstoff- zum Aktivkohlebehälter2 Aktivkohlebehälter3 Frischluft4 Regenerierventil5 Leitung zum Saugrohr6 Drosselvorrichtung mit Drosselklappe ∆p Differenz zwischen Saugrohrdruck PS und Umgebungsdruck Pu


Hitzdraht-Luftmassensensor



Heißfilm-Luftmassensensor


Heizelement

Temperatursensoren

Messkanal

Auswertelektronik

Sensorelement


Systemstruktur M-Motronic


Aktivkohlebehälter

Zündspule/Zündkerze

Kraftstoffverteiler/Einspritzventil

Tankentlüftungs-ventil

ElektronischesSteuergerät

Diagnose-schnittstelle

Wegfahrsperre

Klopf-sensor

Tankeinbau-einheit

Katalysator

Lambda-Sonde

CAN

Saugrohrdruck-Sensor

Bosch Komponenten

Temp.-sensor

Drehzahl-geber

Phasen-geber

OBD1RLFSEWD

===

Europäisches On-Board-Diagnose-System Stufe IRücklauffreies KraftstoffversorgungssystemEinwicklungsdrehsteller

Leerlaufsteller

Drosselklappen-winkelsensor


Blockschaltbild M-Motronic



Nockenwellenumschaltung



Variable Ansaugsysteme



Klopfsensoren – Anordnung



Klopfsensoren – Signale

ohne Klopfen

mit Klopfen

Signale des Klopfsensors:

a) Druckverlauf im Zylinderb) gefiltertes Drucksignalc) Signal des Klopfsensors



Lambdasonde



EGAS System



EGAS Komponenten



Blockschaltbild ME-Motronic



Systemstruktur der ME-Motronic


DiagnosemodulTankleckage

AktivkohlebehälterElektrische Sekundär-luftpumpe*

Nockenwellen-versteller* Zündspule/

ZündkerzeKraftstoffverteiler/Einspritzventil


Luftmassenmesser


Diagnose-lampe

Diagnose-schnittstelle

Wegfahrsperre

Fahrpedalmodul

Drossel-vorrichtung(EGAS)

Klopf-sensor

Temp.-sensor

Tankeinbau-einheit

3-Wege-Unterflurkat*

Lambda-Sonde

Lambda-Sonde

Abgastemp.-sensor*

Lambda-Sonde (LSU)

Vorkat.

Hauptkat.

EGASOBDRLFS

===

Elektronische MotorfüllungssteuerungOn-Board-Diagnose-SystemRücklauffreies Kraftstoffversorgungssystem

Nockenwellenversteller:Einlass- und/oderAuslass-Verstellung * optional

Bosch Komponenten

Sekundär-luftventil*

CAN

Drehzahl-geber

Phasen-geber

Qu

elle

: G

S/V

SA

64

00

d


Drehmomentbeeinflussung beim Benzinmotor



Betriebsbereiche eines Motors



Applikation der Motorsoftware im Fahrzeug



Systemstruktur MED- Motronic


Abgas-temp.-sensor*

AktivkohlebehälterLuftmassenmessermit Temperaturfühler

Nockenwellen-versteller*

Zündspule/Zündkerze

Ladedruck/Temperatur-sensor

Fahrpedalmodul

Temp.-sensor

Tank-einbau-einheit

Lambda-Sonde

Drossel-vorrichtung(EGAS)

EGAS = Elektronische Motorfüllungssteuerung

Nockenwellenversteller:Einlass- und/oder Auslass-Verstellung

Qu

elle

: G

S/M

KT

67

89

d

Umgebungs-drucksensor


Rück-schlag-ventil

Turbo-unterdruck-speicher

Drehzahl-geber

Einspritz-ventil

Abgasturbo-lader

Magnet-ventil

Phasen-geber

WasteGate

WasteGate Steller

Lambda-SondeVorkat.

Hauptkat.

Druck-sensor

Klopf-sensor

Kraftstoff-verteiler

Hoch-druck-pumpe Magnetventil

Umluft-ventil

* optionalBDE-spezifischeBosch-Komponenten


Diagnoselampe

DiagnoseSchnittstelle

Wegfahrsperre

CAN

LBK1

1 Ladungsbewegungsklappe (2 Punkt/kontinuierlich)

Ladeluftkühler


Schicht-Betrieb

Homogen-Betrieb

Last

DrehzahlSchicht-Betrieb wird nur oberhalb 50°C Kühlmitteltemperatur und zwischen 250 und 520°C Abgastemperatur zugelassen. Der NOx- Speicher kann nach dem heutigen Stand nur in diesem Bereich NOx speichern.

Das FSI- Einspritzsystem

Bild 3.1_43 Quelle: VW


Schichtbetrieb Homogenbetrieb

Drosselklappenwinkel

Lambdawert 3

1,61

Drehmoment

Es wird erst ca. 70° vOT Eingespritzt.

Umschaltvorgang Schichtbetrieb/ Homogenbetrieb



LuftmuldeKraftstoffmulde


Kolbenform eines direkteinspritzenden Motors


Es wird in den Ansaugtakt eingespritzt


Homogen Betrieb


Schicht- Betrieb

Tumble-Klappe



MED- Motronic (5 min)


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