In diesem Artikel beschreibe ich in groben Zügen, aus welchen Komponenten unsere Einspritzanlage besteht und wie sie funktioniert. Besonders Biker, die noch mit dem Vergaser gross geworden sind, haben manchmal Probleme, sich mit der elektronischen Einspritzung (EFI) anzufreunden. Dabei ist eine moderne EFI deutlich einfacher und haltbarer gebaut als ein moderner Mehrfachvergaser.
Zunächst muss eine Einspritzanlage dasselbe machen wie ein Vergaser, nämlich bei jeder Luftmenge die passende Menge an Benzin in den Luftstrom einspritzen. Wenn der Motor stationär an einem Platz verbaut wäre und mit einer konstanten Drehzahl laufen würde, wäre das gar kein Problem.
So aber muss eine Einspritzanlage (und ein Vergaser) auf folgende Umweltbedingungen rücksicht nehmen:
1. Die Luftmenge. Je mehr Luft eingesaugt wird, desto mehr Sprit muss eingespritzt werden. Das erreicht man dadurch, dass die Einspritzdüsen einfach länger AUF gelassen werden. Beim Vergaser wird die Vergasernadel weiter rausgezogen, und mehr Sprit kann durch den Luftstrom angesaugt werden.
Beim Vergaser wird also die Spritmenge durch die Düsen und den Stand der Düsennadel bestimmt, bei der EFI durch eine Tabelle mit den Öffnungszeiten der Einspritzdüsen.
2. Der Leerlauf muss an die Motortemperatur angepasst werden. Bei kaltem Motor wird mehr Benzin eingespritzt als bei einem warmen Motor. Beim Vergaser heisst dieser Mechanismus Choke.
3. Je dünner die Luft wird (Fahrt auf einen Berg), desto weniger Benzin muss eingespritzt werden. Sonst läuft der Motor zu fett, da dünne Luft deutlich weniger Sauerstoff enthält als die Luft auf Meeresniveau. Verwandt dazu ist die Lufttemperatur: Warme Luft ist dünner als kalte Luft. Bei einem Vergaser verwendet man dafür eine Membran, die den Druckausgleich steuert (CV Vergaser). Frühe Vergaser mussten vor der Fahrt auf einen Berg erst einmal umbedüst werden, da sonst die Maschine einfach ausgegangen ist.
4. Der konstante Zustrom des Benzins muss gewährleistet werden. Bei der EFI macht das die Benzinpumpe, die das Benzin unter gleichmässigem Druck hält. Diese Druckleitung geht direkt an die Einspritzdüse. Wenn diese elektrisch geöffnet wird, spritzt das unter Druck stehende Benzin in den Ansaugkanal (Manifold).
Beim Vergaser übenimmt der Schwimmer und die Schwimmernadel die Funktion der Mengenkontrolle, so dass immer genug Benzin in der Schwimmerkammer ist.
5. Die EFI erzeugt auch die Impulse für die Zündung. Dafür gibt es bei Vergasermotorräder üblicherweise eine extra Steuereinheit.
Unter folgendem Link gibt es eine gute (englische) Einführung in die Funktion der EFI: Harley-Davidson Motorcycle Fuel Injection Explained
Aus dieser Quelle habe ich das folgende Schema entnommen (und etwas vereinfacht).
(ursprüngliches Bild: nightrider.com, Stephen Mullen)
Die ECU ist der Bordcomputer (in dem Schema nicht extra eingemalt). Dort Beginnen und Enden alle Leitungen; es ist das "Gehirn des Motorrades.
Die angeschlossenen Sensoren
Der Motortemperatursensor (ET, Engine Temperature Sensor), der der EFi mitteilt, ob der Motor kalt ist und deshalb mehr Sprit eingespritzt werden muss. Ist der Motor dagegen zu heiss, versucht die ECU über verschiedene Massnahmen (z.B. EITMS, Zylinderabschaltung), die Temperatur wieder zu senken.
Der Lufttemperatursensor (IAT, Intake Air Temperature Sensor). Er teilt der EFI mit, wie warm die angesaugte Luft ist. Je wärmer die Luft, desto weniger Benzin muss eingespritzt werden.
Der Drosselklappensensor (TPS, Throttle Position Sensor). Er gibt an, wie weit die Drosselklappe geöffnet ist. Je mehr Gas man gibt, desto weiter ist die Drosselklappe geöffnet und desto mehr Luft kommt in den Motor. Dann muss auch mehr Benzin eingespritzt werden.
Der Drucksensor (MAP, Manifold Air Pressure Sensor). Mit den beiden Werten Luftdruck und Lufttemperatur kann man ziemlich genau die momentan eingesaugte Luftmenge errechnen. Diese errechnete Luftmenge bestimmt direkt, welche konkrete Menge an Benzin bei jedem Takt eingespritzt werden muss. Dieses Verfahren nennt man Speed-Density.
Einfachere Einspritzsysteme wie zum Beispiel der ThunderMax verzichten auf die Errechnung der tatsächlichen Luftmenge, sondern verlassen sich (wie der Vergaser) nur auf die Stellung der Drosseklappe (Alpha-N Verfahren).
Der Kurbelwellensensor (CKP, Crank Position Sensor). Dieser Sensor tastet die Zähne auf der Kurbelwelle ab. So weiss die ECU immer, wo sich die beiden Kolben gerade befinden. Daraus errechnet die ECU, wann der Zündzeitpunkt ist und wann die Einspritzdüsen an der jeweiligen Zylinderseite an- und abgeschaltet werden können. Es würde keinen Sinn machen, Benzin auf ein geschlossenes Einlassventil zu spritzen.
Die Lambdasensoren (Oxygen Sensor, vorne und hinten je einer) teilen der EFI mit, ob sich die Verbrennung tatsächlich so optimal abspielt, wie es der Gesetzgeber wünscht (bei einem ungetunten Motor). Wenn die Abgaswerte nicht stimmen, regelt die ECU so lange nach, bis die vorprogrammierte optimale Verbrennung wieder gewährleistet ist.
Wenn man die Programmierung der EFI ändert (zum Beispiel bei einer anderen Lufi/Auspuffkombination) helfen die Lambdasensoren, das gewünschte fettere Gemisch beizubehalten.
Die Aktoren
Mithilfe von diversen Motoren oder Magneten (auch Solenoide genannt), kann die ECU Einfluss auf den Motor nehmen.
Die Einspritzdüsen (Injector, vorne un dhinten je einer) können durch ein elektrisches Signal geöffnet und geschlossen werden. Da sie durch die Benzinpumpe (Fuel Pump, im Tank) ständig unter Benzindruck stehen, wird bei der Öffnung der Einspritzdüse das Benzin in einem dünnen Strahl in den Ansaugkanal (Manifold) eingespritzt. Dort vermischt sich die angesagte Luft mit dem Benzinstrahl, und ein explosionsfähiges Gemisch entsteht.
Der Leerlaufmotor (IAC, Idle Air Control) schiebt einen kleinen Kolben vor-und zurück. Dieser Kolben öffnet oder verschliesst einen kleinen Nebenluftkanal, der unabhängig von der Drosselklappenstellung mehr oder weniger Luft in den Manifold einleitet. Je mehr Luft, desto höher die Leerlauf-Drehzahl.
Die Zündspule (Coil) bekommt ihr Signal direkt von der ECU. Die Umschaltung zwischen Früh- und Spätzündung findet auf der Basis der Sensordaten statt. Und damit sehr viel präziser als bei den Vergaser Bikes. Die EVOs zum Beispiel nutzten eine simple Druckdose, um zwischen Früh- und Spätzündung umzuschalten.
Damit wäre eigentlich alles zu den Grundlagen gesagt. Grundsätzlich gibt es ziemlich viele Entsprechungen zwischen einem Vergaser und einer Einspritzanlage. Wobei eine ECU deutlich stabiler und präziser ist als ein Vergaser. Und die Neueinstellung einer ECU erfordert nur einen Laptop, bei einem Vergaser werden neue Vergaserdüsen und Messfahrten fällig.
Heutzutage gibt es tatsächlich keinen Grund mehr, sich für einen Vergaser statt für eine Einspritzanlage zu entscheiden.
© 2012 Peter Viczena
Zunächst muss eine Einspritzanlage dasselbe machen wie ein Vergaser, nämlich bei jeder Luftmenge die passende Menge an Benzin in den Luftstrom einspritzen. Wenn der Motor stationär an einem Platz verbaut wäre und mit einer konstanten Drehzahl laufen würde, wäre das gar kein Problem.
So aber muss eine Einspritzanlage (und ein Vergaser) auf folgende Umweltbedingungen rücksicht nehmen:
1. Die Luftmenge. Je mehr Luft eingesaugt wird, desto mehr Sprit muss eingespritzt werden. Das erreicht man dadurch, dass die Einspritzdüsen einfach länger AUF gelassen werden. Beim Vergaser wird die Vergasernadel weiter rausgezogen, und mehr Sprit kann durch den Luftstrom angesaugt werden.
Beim Vergaser wird also die Spritmenge durch die Düsen und den Stand der Düsennadel bestimmt, bei der EFI durch eine Tabelle mit den Öffnungszeiten der Einspritzdüsen.
2. Der Leerlauf muss an die Motortemperatur angepasst werden. Bei kaltem Motor wird mehr Benzin eingespritzt als bei einem warmen Motor. Beim Vergaser heisst dieser Mechanismus Choke.
3. Je dünner die Luft wird (Fahrt auf einen Berg), desto weniger Benzin muss eingespritzt werden. Sonst läuft der Motor zu fett, da dünne Luft deutlich weniger Sauerstoff enthält als die Luft auf Meeresniveau. Verwandt dazu ist die Lufttemperatur: Warme Luft ist dünner als kalte Luft. Bei einem Vergaser verwendet man dafür eine Membran, die den Druckausgleich steuert (CV Vergaser). Frühe Vergaser mussten vor der Fahrt auf einen Berg erst einmal umbedüst werden, da sonst die Maschine einfach ausgegangen ist.
4. Der konstante Zustrom des Benzins muss gewährleistet werden. Bei der EFI macht das die Benzinpumpe, die das Benzin unter gleichmässigem Druck hält. Diese Druckleitung geht direkt an die Einspritzdüse. Wenn diese elektrisch geöffnet wird, spritzt das unter Druck stehende Benzin in den Ansaugkanal (Manifold).
Beim Vergaser übenimmt der Schwimmer und die Schwimmernadel die Funktion der Mengenkontrolle, so dass immer genug Benzin in der Schwimmerkammer ist.
5. Die EFI erzeugt auch die Impulse für die Zündung. Dafür gibt es bei Vergasermotorräder üblicherweise eine extra Steuereinheit.
Unter folgendem Link gibt es eine gute (englische) Einführung in die Funktion der EFI: Harley-Davidson Motorcycle Fuel Injection Explained
Aus dieser Quelle habe ich das folgende Schema entnommen (und etwas vereinfacht).
(ursprüngliches Bild: nightrider.com, Stephen Mullen)
Die ECU ist der Bordcomputer (in dem Schema nicht extra eingemalt). Dort Beginnen und Enden alle Leitungen; es ist das "Gehirn des Motorrades.
Die angeschlossenen Sensoren
Der Motortemperatursensor (ET, Engine Temperature Sensor), der der EFi mitteilt, ob der Motor kalt ist und deshalb mehr Sprit eingespritzt werden muss. Ist der Motor dagegen zu heiss, versucht die ECU über verschiedene Massnahmen (z.B. EITMS, Zylinderabschaltung), die Temperatur wieder zu senken.
Der Lufttemperatursensor (IAT, Intake Air Temperature Sensor). Er teilt der EFI mit, wie warm die angesaugte Luft ist. Je wärmer die Luft, desto weniger Benzin muss eingespritzt werden.
Der Drosselklappensensor (TPS, Throttle Position Sensor). Er gibt an, wie weit die Drosselklappe geöffnet ist. Je mehr Gas man gibt, desto weiter ist die Drosselklappe geöffnet und desto mehr Luft kommt in den Motor. Dann muss auch mehr Benzin eingespritzt werden.
Der Drucksensor (MAP, Manifold Air Pressure Sensor). Mit den beiden Werten Luftdruck und Lufttemperatur kann man ziemlich genau die momentan eingesaugte Luftmenge errechnen. Diese errechnete Luftmenge bestimmt direkt, welche konkrete Menge an Benzin bei jedem Takt eingespritzt werden muss. Dieses Verfahren nennt man Speed-Density.
Einfachere Einspritzsysteme wie zum Beispiel der ThunderMax verzichten auf die Errechnung der tatsächlichen Luftmenge, sondern verlassen sich (wie der Vergaser) nur auf die Stellung der Drosseklappe (Alpha-N Verfahren).
Der Kurbelwellensensor (CKP, Crank Position Sensor). Dieser Sensor tastet die Zähne auf der Kurbelwelle ab. So weiss die ECU immer, wo sich die beiden Kolben gerade befinden. Daraus errechnet die ECU, wann der Zündzeitpunkt ist und wann die Einspritzdüsen an der jeweiligen Zylinderseite an- und abgeschaltet werden können. Es würde keinen Sinn machen, Benzin auf ein geschlossenes Einlassventil zu spritzen.
Die Lambdasensoren (Oxygen Sensor, vorne und hinten je einer) teilen der EFI mit, ob sich die Verbrennung tatsächlich so optimal abspielt, wie es der Gesetzgeber wünscht (bei einem ungetunten Motor). Wenn die Abgaswerte nicht stimmen, regelt die ECU so lange nach, bis die vorprogrammierte optimale Verbrennung wieder gewährleistet ist.
Wenn man die Programmierung der EFI ändert (zum Beispiel bei einer anderen Lufi/Auspuffkombination) helfen die Lambdasensoren, das gewünschte fettere Gemisch beizubehalten.
Die Aktoren
Mithilfe von diversen Motoren oder Magneten (auch Solenoide genannt), kann die ECU Einfluss auf den Motor nehmen.
Die Einspritzdüsen (Injector, vorne un dhinten je einer) können durch ein elektrisches Signal geöffnet und geschlossen werden. Da sie durch die Benzinpumpe (Fuel Pump, im Tank) ständig unter Benzindruck stehen, wird bei der Öffnung der Einspritzdüse das Benzin in einem dünnen Strahl in den Ansaugkanal (Manifold) eingespritzt. Dort vermischt sich die angesagte Luft mit dem Benzinstrahl, und ein explosionsfähiges Gemisch entsteht.
Der Leerlaufmotor (IAC, Idle Air Control) schiebt einen kleinen Kolben vor-und zurück. Dieser Kolben öffnet oder verschliesst einen kleinen Nebenluftkanal, der unabhängig von der Drosselklappenstellung mehr oder weniger Luft in den Manifold einleitet. Je mehr Luft, desto höher die Leerlauf-Drehzahl.
Die Zündspule (Coil) bekommt ihr Signal direkt von der ECU. Die Umschaltung zwischen Früh- und Spätzündung findet auf der Basis der Sensordaten statt. Und damit sehr viel präziser als bei den Vergaser Bikes. Die EVOs zum Beispiel nutzten eine simple Druckdose, um zwischen Früh- und Spätzündung umzuschalten.
Damit wäre eigentlich alles zu den Grundlagen gesagt. Grundsätzlich gibt es ziemlich viele Entsprechungen zwischen einem Vergaser und einer Einspritzanlage. Wobei eine ECU deutlich stabiler und präziser ist als ein Vergaser. Und die Neueinstellung einer ECU erfordert nur einen Laptop, bei einem Vergaser werden neue Vergaserdüsen und Messfahrten fällig.
Heutzutage gibt es tatsächlich keinen Grund mehr, sich für einen Vergaser statt für eine Einspritzanlage zu entscheiden.
© 2012 Peter Viczena
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