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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
Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 3: Motorsteuerung Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper
Ventilsteuerdiagramm
Bild 3.1_2 Quelle: Bosch
Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 3: Motorsteuerung Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper
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
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Drehmomente am Antriebsstrang
Bild 3.1_4 Quelle: Bosch
1. Nebenaggregate(Generator, Klimakompressor usw.)
2. Motor3. Kupplung4. Getriebe
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Geschichtliche Entwicklung von Benzineinspritz-und Zündsystemen der Fa. Bosch
Bild 3.1_5 Quelle: Bosch
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Stellung von Kurbelwelle und Kolbenim Zündzeitpunkt Z
Bild 3.1_6 Quelle: Bosch
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Aufgaben der Zündanlage
Bild 3.1_7 Quelle: Bosch
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Vergleich von Zündkennfeldern
Bild 3.1_8 Quelle: Bosch
Elektronisch optimiert Mechanisches Verstellsystem
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Zündanlage mit konventioneller Spulenzündung
Bild 3.1_9 Quelle: Bosch
1 Batterie
2 Zündschalter
3 Zündspule
4 Zündverteiler
5 Zündkondensator
6 Unterbrecher
7 Zündkerzen
Rv Vorwiderstand zurStartspannungsanhebung
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Zahnscheibe mit Induktionssensor
Bild 3.1_10 Quelle: Bosch
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Schema einer vollelektronischen Zündanlage (VZ)
Bild 3.1_11 Quelle: Bosch
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
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Zündfolge von Viertaktmotoren
Bild 3.1_12 Quelle: Bosch
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Signalverarbeitung im elektronischenZündsteuergerät
Bild 3.1_13 Quelle: Bosch
1 Motordrehzahl
2 Schaltersignale
3 CAN (serieller Bus)
4 Saugrohrdruck
5 Motortemperatur
6 Ansauglufttemperatur
7 Batteriespannung
8 Mikrocomputer
9 Analog-Digital-Wandler
10 Leistungsstufe
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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
Bild 3.1_14 Quelle: Bosch
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Einzelfunken Zündspule
Bild 3.1_15 Quelle: Bosch
Einzelfunken-Zündspule.1 Niederspannungsanschluss außen,2 lammelierter Eisenkern,3 Primärwicklung,4 Sekundärwicklung,5 Hochspannungsanschluss innen über Federkontakt,6 Zündkerze.
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Zweifunkenzündanlage
Bild 3.1_16 Quelle: Bosch
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Zweifunken Zündspule
Bild 3.1_17 Quelle: Bosch
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Systeme zur Gemischbildung
Bild 3.1_18 Quelle: Bosch
Zentraleinspritzung1 Kraftstoff2 Luft3 Drosselklappe4 Saugrohr5 Einspritzventil6 Motor
Einzeleinspritzung1 Kraftstoff2 Luft3 Drosselklappe4 Saugrohr5 Einspritzventile6 Motor
Direkteinspritzung1 Kraftstoff2 Luft3 Drosselklappe (EGAS)4 Saugrohr5 Einspritzventile6 Motor
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Vergleich der Einspritzarten
Bild 3.1_19 Quelle: Bosch
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Kraftstoffversorgungssystem
Bild 3.1_20 Quelle: Bosch
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Einspritzventile top-feed / bottom-feed
Bild 3.1_21 Quelle: Bosch
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Einspritzventile, integriert im Kraftstoffverteiler
Bild 3.1_22 Quelle: Bosch
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Einspritzventil mit Luftumfassung
Bild 3.1_23 Quelle: Bosch
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Zumeßarten und Kraftstoffaufbereitung
Bild 3.1_24 Quelle: Bosch
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Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem
Bild 3.1_25 Quelle: Bosch
1 Leitung vom Kraftstoff- zum Aktivkohlebehälter2 Aktivkohlebehälter3 Frischluft4 Regenerierventil5 Leitung zum Saugrohr6 Drosselvorrichtung mit Drosselklappe ∆p Differenz zwischen Saugrohrdruck PS und Umgebungsdruck Pu
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Hitzdraht-Luftmassensensor
Bild 3.1_26 Quelle: Bosch
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Heißfilm-Luftmassensensor
Bild 3.1_27 Quelle: Bosch
Heizelement
Temperatursensoren
Messkanal
Auswertelektronik
Sensorelement
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Systemstruktur M-Motronic
Bild 3.1_28 Quelle: Bosch
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
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Blockschaltbild M-Motronic
Bild 3.1_29 Quelle: Bosch
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Nockenwellenumschaltung
Bild 3.1_30 Quelle: Bosch
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Variable Ansaugsysteme
Bild 3.1_31 Quelle: Bosch
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Klopfsensoren – Anordnung
Bild 3.1_32 Quelle: Bosch
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Klopfsensoren – Signale
ohne Klopfen
mit Klopfen
Signale des Klopfsensors:
a) Druckverlauf im Zylinderb) gefiltertes Drucksignalc) Signal des Klopfsensors
Bild 3.1_33 Quelle: Bosch
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Lambdasonde
Bild 3.1_34 Quelle: Bosch
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EGAS System
Bild 3.1_35 Quelle: Bosch
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EGAS Komponenten
Bild 3.1_36 Quelle: Bosch
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Blockschaltbild ME-Motronic
Bild 3.1_37 Quelle: Bosch
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Systemstruktur der ME-Motronic
Bild 3.1_38 Quelle: Bosch
DiagnosemodulTankleckage
AktivkohlebehälterElektrische Sekundär-luftpumpe*
Nockenwellen-versteller* Zündspule/
ZündkerzeKraftstoffverteiler/Einspritzventil
Tankentlüftungs-ventil
Luftmassenmesser
ElektronischesSteuergerät
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
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Drehmomentbeeinflussung beim Benzinmotor
Bild 3.1_39 Quelle: Bosch
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Betriebsbereiche eines Motors
Bild 3.1_40 Quelle: Bosch
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Applikation der Motorsoftware im Fahrzeug
Bild 3.1_41 Quelle: Bosch
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Systemstruktur MED- Motronic
Bild 3.1_42 Quelle: Bosch
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
Tankentlüftungs-ventil
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
ElektronischesSteuergerät
Diagnoselampe
DiagnoseSchnittstelle
Wegfahrsperre
CAN
LBK1
1 Ladungsbewegungsklappe (2 Punkt/kontinuierlich)
Ladeluftkühler
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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
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Schichtbetrieb Homogenbetrieb
Drosselklappenwinkel
Lambdawert 3
1,61
Drehmoment
Es wird erst ca. 70° vOT Eingespritzt.
Umschaltvorgang Schichtbetrieb/ Homogenbetrieb
Bild 3.1_44 Quelle: VW
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LuftmuldeKraftstoffmulde
Bild 3.1_45 Quelle: VW
Kolbenform eines direkteinspritzenden Motors
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Es wird in den Ansaugtakt eingespritzt
Bild 3.1_46 Quelle: VW
Homogen Betrieb
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Schicht- Betrieb
Tumble-Klappe
Bild 3.1_47 Quelle: VW
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MED- Motronic (5 min)
Bild 3.1_48 Quelle: Bosch