Ottomotor-Management Robert Bosch GmbH

Robert Bosch GmbH

OttomotorManagement 2. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

Herausgeber:

© Robert Bosch GmbH, 2003 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 2003 Postfach 1129,

Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese

D-73201 Plochingen.

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Automotive Aftermarket,

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Abteilung Product Marketing Diagnostics & Test Equipment (AA/PDT5).

Chefredaktion: Dipl.-Ing. (FH) Horst Bauer.

Redaktion: Dipl.-Ing. Karl-Heinz Dietsche, Dipl.-Ing. (FH) Thomas Jäger, Sven A. H utter.

Nachdruck, Vervielfältigung und Übersetzung, auch auszugsweise, nur mit unserer vorherigen schriftlichen Zustimmung und mit Quellenangabe gestattet. Abbildungen, Beschreibungen, Schemazeichnungen und andere Angaben dienen nur der Erläuterung und Darstellung des Textes. Sie können nicht als Grundlage für Konstruktion, Einbau und Lieferumfang verwendet werden. Wir übernehmen keine Haftung für die

Redaktionsschluss: 06.03.2003

1. Auflage 1998 2., vollständig überarbeitete und erweiterte

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Auflage Mai 2003 Alle Rechte vorbehalten.

© Springer Fachmedien Wiesbaden 2003 Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 2003. Der Vieweg Verlag ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe Bertelsmann Springer. www.vieweg.de

ISBN 978-3-322-93930-2 ISBN 978-3-322-93929-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-322-93929-6

ND1

Nikolaus August Otto entwickelte mit dem Viertaktmotor eine Verbrennungskraftmaschine, die auch für den Einsatz in den ersten Automobilen Ende des 19. Jahrhunderts geeignet war. Dieser Motor trat daraufhin einen Siegeszug an und ermöglichte die Verbreitung des Automobils. Die in neuen Fahrzeugen eingebauten Benzinmotoren arbeiten immer noch nach dem gleichen Prinzip und bis heute trägt der "Otto-Motor" den Namen seines Erfinders. Ein Problem in der Anfangszeit des Automobilzeitalters stellte die Zündung dar. Erst Robert Bosch konnte dieses Problem zuverlässig lösen. Er entwickelte die von Otto für seine ortsfesten Motoren eingesetzte träge magnetelektrische Abschnappzündung zur leichteren AbreißMagnetzündung, wodurch der Ottomotor höhere Drehzahlen erreichte. Damit konnten die Anforderungen für den Einsatz des Motors in einem Automobil zunächst befriedigt werden. Die ebenfalls im Hause Bosch entwickelte Hochspannungs-Magnetzündung in Verbindung mit der Zündkerze - die im Jahr 2002 ihr hundertjähriges Jubiläum hatte - und schließlich die Batteriezündung genügten den weiter gestiegenen Anforderungen und sorgten für eine zuverlässige Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Ottomotor. Ab den 1970er-Jahren wurden Weiterentwicklungen im Motorenbau vor allem wegen der immer strengeren Abgasgesetzgebungen erforderlich. Eine wichtige Rolle im Bestreben, Leistung und Komfort zu erhöhen sowie die Schadstoffemissionen zu verringern spielte die Elektronik. Im Hause Bosch wurden Systeme entwickelt, die den neu gestellten Anforderungen Rechnung trugen. Eine wichtige Stellung nehmen die Benzineinspritzung sowie die Zündung ein, die bei Bosch im Motormanagement-System Motronic zusammengefasst sind. In die Motronic wurden immer weitere Teilsysteme integriert, wie z. B. die Füllungssteuerung mit der elektronisch gesteuerten Drosselklappe (elektronisches Gaspedal, EGAS). Die Erweiterung der Motronic für die Steuerung eines Ottomotors mit direkter Einspritzung in den Brennraum stellte eine weitere große Herausforderung für die Bosch-Ingenieure dar. In diesem Buch sind die Hefte der Schriftenreihe "Fachwissen Kfz-Technik" zusammengefasst. Es beschreibt, wie die verschiedenen Motormanagement-Systeme aufgebaut sind und wie sie sowie ihre Komponenten arbeiten. In einem Rückblick werden auch die früheren Systeme zur Motorsteuerung, die verschiedenen Benzineinspritzsysteme und Zündsysteme, erläutert. Schließlich sind diese Systeme in älteren Fahrzeugen immer noch vorhanden. Ein weiteres Thema dieses Buches ist die Abgasgesetzgebung, die einen wesentlichen Einfluss auf den Umfang der Motronic-Systeme hat. Dieses Kapitel gibt einen Einblick in die Komplexität der gesetzlichen Vorgaben. Bis ein Motronic-System in einem neu entwickelten Fahrzeug arbeitet, ist ein immenser Entwicklungsaufwand erforderlich. Ein Kapitel dieses Buches gibt deshalb einen Überblick, wie diese Systeme im Hause Bosch zur Serienreife gebracht werden. Ein umfangreiches Inhalts- und Sachwortverzeichnis sowie das Abkürzungsverzeichnis machen dieses Buch zu einem idealen Nachschlagewerk zum Thema "Ottomotor-Management". Die Redaktion

6

Inhalt

10 Geschichte

66 Benzineinspritzung

des Automobils

10 Entwicklungsgeschichte 12 Pioniere der Kfz-Technik 14 Das Lebenswerk von Robert Bosch

im Überblick

66 Übersicht 68 Anfänge der Gemischbildung

76 Benzineinspritzsysteme im Wandel der Zeit

16 Grundlagen des Ottomotors

16 20 23 24 26

Arbeitsweise Klopfende Verbrennung Drehmoment und Leistung

76 82 92 94 108

D-Jetronic K-Ketronic KE-Jetronic L-Jetronic Mono-Jetronic

Motorwirkungsgrad

28 Ottokraftstoffe

128 Kraftstoffförderung 128 Übersicht 129 Kraftstoffförderung bei

34 Steuerung

130 Kraftstoffförderung bei

Spezifischer Kraftstoffverbrauch

Saugrohreinspritzung des Ottomotors

34 36 39 42

Anforderungen Füllungssteuerung Gemischbildung Zündung

44 Entwicklungsgeschichte Ottomotor-Steuerungssysteme

44 45 46 49

Benzin-Direkteinspritzung

133 Kraftstoffverdunstungs-

Übersicht

Rückhaltesystem

134 136 137 137 138 138 138

Kraftstoffverteilerstück Kraftstoffdruckregler Kraftstoffdruckdämpfer Kraftstoffbehälter Kraftstoffleitungen

Mechanische Systeme Elektronische Systeme Motormanagement Motronic-System

140 140 141 142

50 Systeme zur Füllungssteuerung

50 Steuerung der Luftfüllung 52 Variable Ventilsteuerzeiten 55 Gesteuerte Ladungsbewegung

56 57 60 62 65

Elektrokraftstoffpumpe Kraftstofffilter

Abgasrückführung Dynamische Aufladung Mechanische Aufladung Abgasturboaufladung Ladeluftkühlung

Saugrohreinspritzung Übersicht Arbeitsweise Elektromagnetische Einspritzventile

144 Einspritzarten 146 146 147 148 148 150 152 154 155 156

Benzin-Direkteinspritzung Übersicht Arbeitsweise Rail Hochdruckpumpe Drucksteuerventil Hochdruck-Einspritzventil Brennverfahren Gemischbildung Betriebsarten

Inhalt

158 Zündung im Überblick 158 Übersicht 160 Anfänge der Zündung 170 Batterie-Zündsysteme im Wandel der Zeit

232 Motormanagement Motronic 232 Systemübersicht 238 M-Motronic 246 ME-Motronic 250 MED-Motronic

176 Induktive Zündanlage 256 Sensoren

176 Aufbau 177 Arbeitsweise

256 Einsatz im Kfz

177 Einsatzgebiete

258 Temperatursensoren

178 Zündungsendstufe

259 Tankfüllstandsensor

178 Zündspule

260 Stauscheiben-

180 Spannungsverteilung

Potenziometer

181 Zündkerze

261 Drosselklappensensor

182 Verbindungs- und

262 Fahrpedalsensoren

Entstörmillel

264 Hall-Phasensensoren

183 Zündenergie

266 Induktionssensor für TZ

185 Zündzeitpunkt

267 Hall-Sensor für TZ 268 Induktive

186 Zündspulen

Motordrehzahlsensoren

186 Aufgabe 187 Anforderungen

269 Piezoelektrische

188 Prinzipieller Aufbau und

270 Mikromechanische

Arbeitsweise 193 Ausführungen 198 Elektronik in der Zündspule 200 Elektrische Parameter 202 Simulationsbasierte Entwicklung von Zündspulen 203 Herstellung von Zündspulen 204 Zündkerzen

Klopfsensoren Drucksensoren 273 Dickschicht-Drucksensoren 275 Hochdrucksensoren 276 StaudruckLuftmengenmesser 278 HitzdrahtLuftmassenmesser HLM 279 HeißfilmLuftmassenmesser HFM2

204 Aufgabe 205 Anwendung

280 Heißfilm-Luftmassenmesser HFM5

206 Anforderungen

282 Zweipunkt-Lambda-Sonden

207 Aufbau

286 Planare Breitband-Lambda-

210 Elektrodenwerkstoffe

Sonde LSU4

211 Zündkerzenkonzepte 212 Elektrodenabstand

288 Steuergerät

213 Funkenlage

288 Einsatzbedingungen

214 Wärmewert der Zündkerze

288 Aufbau

216 Anpassung von Zündkerzen

288 Datenverarbeitung

220 Betriebsverhalten der Zündkerze 222 Ausführungen

294 Elektronische Steuerung und Regelung

228 Typformel für Zündkerzen

294 Übersicht

229 Simulationsbasierte Ent-

296 Subsysteme und Haupt-

wicklung von Zündkerzen 230 Herstellung von Zündkerzen

funktionen

7

B

Inhall

304 Elektronische Diagnose 304 Eigendiagnose 307 On-Board-Diagnose (OBD) 308 OBD: Allgemeine Anforderungen 311 OBD: Diagnose-SystemManagement 312 OBD: Einzeldiagnosen 324 Datenübertragung

370 Werkstatt-Technik

22 Kraftstoffverbrauch in der Praxis

376 Überprüfung des

61

Geschichte von

81

Kompressorfahrzeugen Einspritzgeschichte(n)

Zündsystems 377 Zündspulen-Praxis 380 Zündkerzen-Praxis 386 Abgasuntersuchung (AU)

132 Integration im Kraftfahrzeug: Tankeinbaueinheit

388 Prinzip der Abgasmessung

139 Entwicklung der Kraft-

zwischen elektronischen Systemen 324 Systemübersicht 324 Serielle Datenübertragung 329 Ausblick

Redaktionelle Kästen

370 Übersicht 372 Prüfung von Steuergeräten in Fahrzeugen

390 Steuergeräteentwicklung

stoffversorgungssysteme (Beispiele)

390 Übersicht 394 Hardwareentwicklung

151 Reduzierung des Kraftstoff-

398 Funktionsentwicklung

164 Präsentation des

400 Softwareentwicklung

verbrauchs mit BDE Bosch-Niederspannungs-

404 Applikation

Magnetzünders 166 Einsatz der Magnetzündung

331 Hauptbestandteile

412 Sachwortverzeichnis

332 Nebenbestandteile

412 Sachwörter 418 Abkürzungen

169 Bosch-Batteriezündung (Lehrtafel)

330 Abgasemissionen 330 Übersicht

334 Einflüsse auf Rohemissionen 338 Schadstoffminderung 338 Übersicht 339 Thermische Nachbehandlung 340 Katalytische Abgasreinigung 340 Übersicht

182 Unfallgefahr 197 Zündspulen-Geschichte: Die Asphaltzündspule 219 100 Jahre Zündkerzen Produktvielfalt 237 Motronic-Systeme im Motorsport 257 Miniaturen 274 Mikromechanik 293 Leistungsfähigkeit der Steuergeräte

340 Oxidationskatalysator

333 Ozon und Smog

341 Dreiwegekatalysator

349 Patentwesen

344 NOx-Speicherkatalysator 346 Lambda-Regelkreis

375 Weltweiter Service

348 Aufheizen des Katalysators

411 Bosch-Prüfzentrum

360 Treibhauseffekt

Boxberg 350 Abgasgesetzgebung 350 Übersicht 352 CARB-Gesetzgebung 356 EPA-Gesetzgebung 358 EU-Gesetzgebung 362 USA-Testzyklen 364 Europäischer Testzyklus 365 Japan-Testzyklus 366 Abgasprüfung 368 Verdunstungsprüfung

Autoren

Grundlagen des Ottomotors Dipl.-Ing. Michael Oder, Or.-Ing. RainerOrtmann, Dipl.-Ing. Werner Häming, Dipl.-Ing. Werner Hess. Steuerung des Ottomotors Dipl.-Ing. Michael Oder, Oipl.-Ing. WalterGollin. Systeme zur Füllungssteuerung Dipl.-Ing. Georg Mallebrein, Dipl.-Ing. Christian Köhler, Dipl.-Ing. Oliver Schlesiger, Dipl.-Ing. Michael Bäuerle. Kraftstoffförderung Dr. Thomas Frenz, Or.-Ing. Dieter Lederer, Dipl.-Ing. Albert Gerhard, Dipl.-Betriebsw. Michael Ziegler, Dipl.-Ing. (FH) Eckhard Bodenhausen, Dipl.-Ing. (FH) Annette Wittke, Dipl.-Ing. (FH) Bernd Kudicke. Saugrohreinspritzung Oipl.-Ing. (FH) Klaus Joos. Benzin-Direkteinspritzung Dipl.-Ing. Michael Oder, Dipl.-Ing. Helmut Rembold. Induktive Zündanlage Dipl.-Ing. WalterGollin. Zündspulen Dipl.-Ing. (FH) Klaus Lerchenmüller, Dipl.-Ing. (FH) Markus Weimert, Dipl.-Ing. Tim Skowronek. Zündkerzen Dipl.-Ing. Erich Breuser. Motormanagement Motronic Dipl.-Ing. Bernhard Mencher, Dipl.-Ing. Christian Köhler, Dipl.-Red. Ulrich Michel!. Steuergerät Dipl.-Ing. Adolf Fritz, Dipl.-Ing. Martin Kaiser.

Elektronische Steuerung und Regelung Dr.-Ing. Jürgen Haag. Elektronische Diagnose Dr.-Ing. Matthias Knirsch, Dr.-Ing. Matthias Tappe, Dr. Michael Eggers. Abgasemissionen Dipl.-Ing. Eberhard Schnaibel, Dipl.-Ing. Christian Köhler. Schadstoffminderung Dipl.-Ing. Christian Köhler. Katalytische Abgasreinigung Oipl.-Ing. Eberhard Schnaibel. Abgasgesetzgebung Dr. Michael Eggers, Dr.-lng. Gerold König. Werkstatt-Technik Dipl.-Ing. Rainer Rehage, Oipl.-Ing. (FH) Volker Engel, Dipl.-Ing. (FH) Hans-Günther Weißhaar, Rainer Heinzmann, Karl-Heinz Vocke. Steuergeräteentwicklung Dipl.-Ing. Adolf Fritz, Dipl.-Phys. Lutz Reuschenbach, Dipl.-Ing. (FH) Bert Scheible, Dipl.-Ing. Eberhard Frech. Weitere Autoren Dipl.-Phys. Patentanwalt Ralf-Hoiger Behrens (Patentwesen) , Dietrich Kuhlgatz (Lebenswerk von Robert Bosch) sowie die Redaktion in Zusammenarbeit mit den zuständigen Fachabteilungen unseres Hauses. Soweit nicht anders angegeben, handelt es sich um Mitarbeiter der Robert Bosch GmbH.

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