Ottomotor-Management

Frontmatter

Geschichte des Automobils

Zusammenfassung

Die Mobilität spielt für die Menschen seit jeher eine große Rolle. In fast jeder Epoche versuchte man Mittel zu finden, die Menschen über längere Strecken mit größtmöglichster Geschwindigkeit zu tragen vermochten. Mit der Entwicklung von zuverlässigen Verbrennungsmotoren, die mit flüssigen Kraftstoffen betrieben werden konnten, wurde der Traum des selbstfahrenden „Automobils“ Wirklichkeit (griechisch: autos = selbst + lateinisch: mobilis = beweglich).

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Grundlagen des Ottomotors

Zusammenfassung

Der Ottomotor¹) ist ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor, der ein Luft-Kraft-stoff-Gemisch verbrennt und damit die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie in Bewegungsenergie umwandelt.

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Steuerung des Ottomotors

Zusammenfassung

Elektronische Steuerungs- und Regelungssysteme gewinnen im modernen Kraftfahrzeug immer mehr an Bedeutung. Sie haben die mechanischen Systeme (z. B. Zündversteller) Zug um Zug verdrängt. Erst die Elektronik ermöglicht die Einhaltung der immer schärferen Bestimmungen der Abgasgesetzgebung.

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Entwicklungsgeschichte Ottomotor-Steuerungssysteme

Zusammenfassung

Das Funktionsprinzip des Ottomotors hat sich seit dem ersten Einsatz in einem Kraftfahrzeug vor mehr als 100 Jahren nicht wesentlich geändert. Trotzdem hat ein moderner Ottomotor mit seinen Vorfahren nicht mehr viel gemeinsam. Die Motortechnik hat sich ständig weiterentwickelt. Die Motoren wurden immer leistungsstärker und in den letzten drei Jahrzehnten auch immer schadstoffärmer, aber auch sparsamer im Kraftstoffverbrauch. Einen wesentlichen Beitrag zu dieser Entwicklung hat die Umstellung der mechanischen auf die elektronische Motorsteuerung geleistet.

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Systeme zur Füllungssteuerung

Zusammenfassung

Beim homogen betriebenen Ottomotor ist die zugeführte Luftmasse die entscheidende Größe für das abgegebene Drehmoment und damit für die Leistung. Deshalb kommt neben der Kraftstoffzumessung auch den Systemen, die die Zylinderfüllung beeinflussen, eine besondere Bedeutung zu. Einige dieser Systeme können auch den Inertgasanteil der Zylinderfüllung und damit das Abgas beeinflussen.

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Benzineinspritzung im Überblick

Zusammenfassung

Einspritzsysteme oder Vergaser haben die Aufgabe, ein dem jeweiligen Betriebszustand des Motors bestmöglich angepasstes Luft-Kraftstoff-Gemisch bereitzustellen.

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Kraftstoffförderung

Zusammenfassung

Die Einspritzventile einer Benzineinspritzanlage spritzen den Kraftstoff in das Saugrohr (Saugrohreinspritzung) oder direkt in den Brennraum (Benzin-Direkteinspritzung) ein. Hierzu muss der Kraftstoff mit einem definierten Druck zu den Einspritzventilen gefördert werden.

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Saugrohreinspritzung

Zusammenfassung

Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung bilden das Luft-Kraftstoff-Gemisch außerhalb des Brennraums im Saugrohr. Diese Motoren sowie deren Steuerungssysteme konnten im Lauf der Zeit immer weiter verbessert werden. Sie haben aufgrund der besseren Kraftstoffzumessung den Vergasermotor, der auch mit äußerer Gemischbildung arbeitet, vollständig verdrängt.

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Benzin-Direkteinspritzung

Zusammenfassung

Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung bilden das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum. Durch das offene Einlassventil strömt im Ansaugtakt nur noch die Ver-brennungsluft. Der Kraftstoff wird mit speziellen Einspritzventilen direkt in den Brennraum eingespritzt.

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Zündung im Überblick

Zusammenfassung

Der Ottomotor ist ein Verbrennungsmotor mit Fremdzündung. Ein Zündfunke entzündet das im Brennraum komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch und leitet so seine Verbrennung ein. Dieser Zündfunke entsteht durch einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze, die in den Brennraum hineinragt. Die Zündanlage muss die für den Funkenüberschlag an der Zündkerze erforderliche Hochspannung erzeugen sowie für das zeitgerechte Auslösen des Zündfunkens sorgen.

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Induktive Zündanlage

Zusammenfassung

Die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Ottomotor erfolgt elektrisch durch einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze. Die in dem Funken enthaltene Energie entzündet das verdichtete Gemisch im Bereich der Zündkerze, die anschließend von dieser Stelle ausgehende Flammenfront sorgt für die Entflammung des Gemischs im gesamten Brennraum. Die induktive Zündanlage erzeugt in jedem Arbeitstakt die für den Funkenüberschlag erforderliche Hochspannung. Die elektrische Energie wird der Batterie entnommen und in der Zündspule zwischengespeichert.

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Zündspulen

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Die Zündspule ist diejenige Komponente der induktiven Zündanlage, welche aus der niedrigen Batteriespannung die für den Funkenüberschlag an der Zündkerze erforderliche Hochspannung erzeugt. Gespeist aus dem Gleichspannungsbordnetz liefert sie Zündimpulse für die Zündkerze mit der erforderlichen Hochspannung und Funkenenergie. Diese Komponente wurde im Laufe der Zeit immer weiter entwickelt und den gestiegenen Anforderungen an den Ottomotor angepasst.

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Zündkerzen

Zusammenfassung

Die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Ottomotor erfolgt elektrisch. Die elektrische Energie wird der Batterie entnommen und in der Zündspule zwischengespeichert. Die in der Zündspule erzeugte Hochspannung bewirkt einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerze im Brennraum des Motors. Die in dem Funken enthaltene Energie entzündet das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch.

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Motormanagement Motronic

Zusammenfassung

Motronic ist die Bezeichnung für ein Motormanagementsystem, das die elektronische Steuerung und Regelung des Ottomotors in einem einzigen Steuergerät ermöglicht. Die erste Motronic wurde im Jahre 1979 von Bosch in Serie gebracht. Sie umfasste im Wesentlichen die Funktionen der elektronischen Einspritzung und der elektronischen Zündung. Mit dem Fortschritt der Mikroelektronik konnte die Leistungsfähigkeit der Motronic-Systeme im Laufe der Zeit immer weiter gesteigert werden. Nach und nach wurde der Funktionsumfang an die aktuellen Erfordernisse angepasst und damit die Komplexität der Motronic erhöht.

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Sensoren

Zusammenfassung

Sensoren erfassen Betriebszustände (z. B. Motordrehzahl) und Sollwerte (z. B. Fahrpedalstellung). Sie wandeln physikalische Größen (z. B. Druck) oder chemische Größen (z. B. Abgaskonzentration) in elektrische Signale um.

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Steuergerät

Zusammenfassung

Mit der Digitaltechnik ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Steuerung und Regelung elektronischer Systeme im Kraftfahrzeug. Viele Einflussgrößen können gleichzeitig mit einbezogen werden, sodass sich die Systeme bestmöglich betreiben lassen. Das Steuergerät empfängt die elektrischen Signale der Sensoren, wertet sie aus und berechnet die Ansteuersignale für die Stellglieder (Aktoren). Das Steuerungsprogramm — die „Software“ — ist in einem Speicher abgelegt. Die Ausführung des Programms übernimmt ein MikroController. Die Bauteile des Steuergeräts werden als „Hardware“ bezeichnet. Das Motronic-Steuergerät umfasst alle Steuer- und Regel-algorithmen für das Motormanagement (Zündung, Gemischbildung usw.)

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Elektronische Steuerung und Regelung

Zusammenfassung

Die Aufgabe des elektronischen Motorsteuergeräts besteht darin, alle Aktoren des Motor-Managementsystems — der Motronic — so anzusteuern, dass sich ein bestmöglicher Motorbetrieb bezüglich Kraftstoffverbrauch, Leistung, Abgasemission und Fahrkomfort ergibt. Um das zu erreichen, müssen viele Betriebsparameter z. B. mit Sensoren erfasst und in Algorithmen — das sind nach einem bestimmten Schema ablaufende Rechenvorgänge — verarbeitet werden. Als Ergebnis ergeben sich Signalverläufe, mit denen die Aktoren angesteuert werden.

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Elektronische Diagnose

Zusammenfassung

Die im Steuergerät integrierte Diagnose gehört zum Grundumfang elektronischer Motorsteuerungssysteme. Überwachungsalgorithmen prüfen während des normalen Betriebs die Eingangs- und Ausgangssignale. Außerdem wird das Gesamtsystem auf Fehlverhalten und Störungen hin überprüft. Dabei erkannte Fehler werden im Steuergerät abgespeichert. Bei der Fahrzeuginspektion in der Kundendienstwerkstatt werden diese gespeicherten Informationen über eine serielle Schnittstelle ausgelesen und ermöglichen so eine schnelle und sichere Fehlersuche und Reparatur.

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Datenübertragung zwischen elektronischen Systemen

Zusammenfassung

Kraftfahrzeuge sind mit einer ständig wachsenden Zahl von elektronischen Systemen ausgestattet. Diese benötigen einen intensiven Daten- und Informationsaustausch, wobei die Anforderungen an Datenmengen und Geschwindigkeit immer größer werden.

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Abgasemission

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Mit dem zunehmenden Energieverbrauch, der vor allem durch fossile Brennstoffe gedeckt wird, ist die Luftverschmutzung zu einem schwerwiegenden Problem geworden. Die Qualität unserer Atemluft ist von vielen Einflussgrößen abhängig. Neben den Emissionen von Industrie, Haushalten und Kraftwerken sind auch die Emissionen aus dem Straßenverkehr von großer Bedeutung (Büd 1).

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Schadstoffminderung

Zusammenfassung

Die Abgasgesetzgebung fordert Grenzwerte für die Schadstoffemission. Ein Ziel der Motorenentwicklung ist, bei möglichst hoher Energieausnutzung, niedrigem Kraftstoffverbrauch, hoher Leistung und Drehmoment die bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs entstehenden Rohemissionen möglichst gering zu halten.

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Katalytische Abgasreinigung

Zusammenfassung

Die Abgasgesetzgebung legt Grenzwerte für die Emission der bei der Verbrennung im Ottomotor erzeugten Schadstoffe fest. Um diese Grenzwerte einhalten zu können, sind Maßnahmen zur katalytischen Nachbehandlung des Abgases erforderlich.

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Abgasgesetzgebung

Zusammenfassung

Das ständig steigende Verkehrsaufkommen und die damit gestiegenen Umweltbelastungen, insbesondere durch den innerstädtischen Verkehr, wurden in der Vergangenheit zunehmend zu einem Problem. Die Abgasemissionen der Kraftfahrzeuge mussten deshalb begrenzt werden. Die Gesetzgeber legen die zulässigen Grenzwerte und die Prüfverfahren fest. Jeder neu zugelassene Fahrzeugtyp muss diesen gesetzlichen Bestimmungen genügen.

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Werkstatt-Technik

Zusammenfassung

Mehr als 10000 Bosch-Kundendienststellen in 132 Ländern sind für den Autofahrer da, wenn er Hilfe braucht — neutral und ohne Bindung an eine Fahrzeugmarke. Selbst in dünn besiedelten Ländern Afrikas und Südamerikas kann man mit schneller Hilfe rechnen. Überall gelten die gleichen Qualitätsstandards. Da versteht es sich von selbst, dass die Bosch-Garantie auf Kundendienstleistungen weltweit gilt.

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Steuergeräteentwicklung

Zusammenfassung

Das Steuergerät ist die zentrale Stelle, von der aus die Funktionen eines elektronischen Systems im Kraftfahrzeug gesteuert und geregelt werden. An die Steuergeräteentwicklung werden deshalb hohe Anforderungen bezüglich der Qualität und der Zuverlässigkeit gestellt.

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