Jeder Drosselklappenstutzen (DKS) besteht aus zwei, eigentlich getrennten Systemen.
In der Hauptsache besteht er aus dem grossen Durchlass mit der Drosselklappe (DK), evtl. dem DK-Poti, und dem Einspritzventil.
Parallel dazu arbeitet „um die DK herum“ (also als Bypass) das wesentlich kleiner dimensionierte Leerlaufanpassung/-hebungssystem. Seine, nur zeitweilig genutzte, Zusatzfunktion ist bei „Funktionslogik“ näher ausgeführt.
Terminologie
11x0: Leerlaufregulierschraube (=Bypass schraube= BPS)
1200: Leerlaufsteller (Idle Speed Stepper=ISS) haben eigentlich die gleiche Funktion wie die Bypasschrauben bei den 11x0. Die beiden ISS werden aber immer gleichzeitig und motorisch betätigt.
Den Begriff „Bypass“ verwendet BMW zwar überhaupt nicht, technisch ist er aber korrekt weil über die elektrisch verstellbaren „Leerlaufsteller“(=ISS) Luft an den DK vorbeigeführt wird.
DK „ganz zu“ heisst nicht dass die DK wirklich ganz zu ist, sondern nur, dass sie am Endanschlag anliegt!
Der „DK-Schalter“ (gemäss BMW-Sprech) der R1200 ist, -ebenso wie bei den R11x0- ein Potentiometer! Lediglich die Bauart ist anders.
Der Ausdruck „grösserer Unterdruck“ ist eigentlich Blödsinn. „Unterdruck“ bedeutet, dass ein Druck im Vergleich zu einem anderen oder einer Bezugsbasis geringer ist. Ist ein dritter Druck noch geringer, so ist das kein grösserer, sondern ein (noch) kleinerer Druck. Dennoch bezeichne auch ich diesen „noch kleineren Druck“ als den grösseren Unterdruck.
Funktionslogik
Prinzipiell gibt es im Leerlauf 3 Betriebszustände:
Warmlaufphase: Der Leerlauf ist zu niedrig oder der Motor stirbt sogar ab. Teile des Gemischs kondensieren im Ansaugtrakt und erreichen den Brennraum nicht bzw. sind so schlecht vernebelt dass sie nicht ordentlich verbrannt werden. Der Leerlauf muss angehoben (unterstützt) werden.
Betriebsphase: Der Leerlauf sollte auch ohne „Nachhilfe“ passen.
Heisslaufphase: Der Leerlauf ist zu niedrig oder der Motor stirbt sogar ab. Die mit geringer Geschwindigkeit eintretende Luft ist/wird bereits im Ansaugtrakt so stark erhitzt (dehnt sich aus!), dass letztlich die Zylinderfüllung nicht mehr ausreicht (zu wenig Gemisch). Der gleiche Effekt tritt in grosser Seehöhe auf. Der Leerlauf muss angehoben werden.
Die Leerlaufanhebung (fälschlich oft „Choke“ genannt) führt den Zylindern lediglich mehr Luft zu und ist hier nur am Rand erwähnt.
Der Unterschied zwischen R11x0 und R1200 besteht darin, dass bei den R11x0 zu diesem Zweck die DKn mit dem „Hebel Kaltstartbetätigung“ etwas angehoben (ein bisschen „Gas geben“ hat genau die gleiche Wirkung), bei den R1200 beide „Leerlaufsteller“ motorisch aber gleich weit verstellt, und damit die Luftströme über die Bypässe verändert (vergrössert) werden.
Beide Massnahmen haben das gleiche Ziel: Die Gesamtmenge des Gemisches wird vergrössert. (Link 4V2_Leerlaufstepper1200).
Unabhängig von diesen Phasen:
Die DK-Stellung wird mit dem Poti erkannt, für die Berechnung der Einspritzmenge werden zusätzlich die Drehzahl, die Motortemperatur, die Seehöhe und die Temperatur der angesaugten Luft einbezogen.
z.B.
1) DK ganz zu UND Drehzahl hoch >> kein Kraftstoff (Schubabschaltung bei Betrieb ohne Last),
2) DK ganz zu UND Drehzahl sinkt unter Schwellwert L >> Spritmenge für Leerlauf,
3) DK voll auf UND Drehzahl IST weit unter Schwellwert B >> kräftig anfetten für Beschleunigung (Lambdawert ist egal),
etc..
Die Gemischmenge im Leerlauf setzt sich zusammen aus den Strömen durch die minimalen Öffnungen der DK (anliegend am Endanschlag) plus der Durchlassmengen der Bypässe, geregelt durch die Leerlaufsteller.
Die DK werden vom Hersteller (Bing) nicht paarweise sondern einzeln auf eine bestimmte minimale Durchlassmenge eingestellt.
Zur Ermittlung des Zündzeitpunkts (ganz anderes Problem) steht ein Sensor („Hallgeber“ oder „Zündimpulsgeber“) zur Verfügung
Synchronisieren laut BMW
1) Prämisse: BMW setzt voraus, dass die DK herstellerseitig bereits so eingestellt sind, dass die durchströmenden (Haupt-)Luftmengen bei allen Lastzuständen (speziell bei sehr kleiner DK-Öffnung) absolut gleich sind und die beiden Zylinder daher absolut synchron arbeiten.
Kommentar:
Leider ist das in der Praxis nicht gewährleistet weil die DK nicht paarweise eingestellt werden (unpraktisch für den Montageablauf)
Ablauf: Beide Bypässe, in diesem Fall also die Leerlaufsteller, werden geschlossen, ein Synchrotester wird angesteckt und dann lediglich die Einstellung der Seilzüge „synchronisiert“!
Dabei erhebt sich die Frage wie man die ISS dazu bringt in die Lage „voll geschlossen“ zu fahren.
Möglichkeit 1 ist, dies mit dem Testgerät eines Freundlichen zu erzwingen. >> Hat nicht jeder
Möglichkeit 2 ist, es mit einem anderen Testgerät zu erzwingen. >> Angeblich kann es z.B. das GS911.
Möglichkeit 3 besteht im Wissen, dass die Dinger bei "Zündung OFF" in die Endlage fahren. Bei Zündung "OFF" beide Stecker „ab" und dann starten.
Kommentar:
In den 3 Fällen ist nicht gewährleistet, dass die ISS auch tatsächlich geschlossen sind. Es erfolgt schliesslich keinerlei Rückmeldung!
Sind die Grundeinstellungen/ -öffnungsquerschnitte der DKS nicht wirklich identisch (das sind sie selten!), so ist eine vernünftige Synchronisation unwahrscheinlich.
2) Um den Synchronlauf in allen Fahrzuständen zu erreichen, müssen -lt. BMW-Wartungs-/ Reparaturanleitung- lediglich die Gaszüge so eingestellt werden, dass sie die DK synchron betätigen (um jeweils gleiche Winkel öffnen).
Kommentar:
Diese Anleitung funktioniert in der Praxis nicht und führt zu „bemerkenswerten“ Einstellungen!
Als Folge der ungleichen Grundeinstellung wird oft einer der Seilzüge so eingestellt, dass er eine DK ständig minimal geöffnet hält, also nicht nur keinerlei Spiel in der Seilmechanik ist, sondern eines der Gasseile ständig gestrafft ist. Dabei hängt eine DK immer „in der Luft“ anstatt bei „DK vollkommen geschlossen“ am DK-Anschlag anzuliegen. Nachdem "straff" bei einem relativ steifen Seil kein absoluter Begriff ist entsteht so das Drosselklappentickern weil das Seil sich straffen kann obwohl es theoretisch bereits straff ist. Abgesehen vom Geräusch wird damit hoher Lagerverschleiss provoziert!
3) Leerlaufsteller: Bezogen auf 1) ändert sich nichts am Synchronlauf wenn die Bypassventile gleichmässig geöffnet werden (egal ob R1200 oder R11x0).
Kommentar:
Leider ist auch das in der Praxis nicht gewährleistet.
Es ist fragwürdig ob es zum Synchronisieren immer ausreicht lediglich die Gaszüge sauber einzustellen.
Dass 1) nicht immer erfüllt ist, bewiesen bereits die 11x0 Motoren. Durch einfache Messung (Link: 4V Synchronisieren 2: Stellglieder und Fehler) lässt sich beweisen, dass viele von ihnen nicht auch nur halbwegs synchron laufen und es dann nicht zielführend ist den Leerlauf lediglich mit den BPSn (BMW-Sprech: Leerlaufregulierschrauben) synchron einzustellen.
Analog dazu sind die DKS der R1200 zu betrachten. Bei diesen lassen sich die Bypassventile nicht getrennt verstellen und so kann man den synchronen Leerlauf nicht mal wie bei den R11x0 „hinmurksen“.
Lässt man die R1100 xx mit asymmetrischer Abgasanlage ausser acht (da geht es technisch einfach nicht), so lässt sich der asynchrone Lauf bei beiden Systemen durch einmaliges(!) Einstellen der Anschläge bei vollkommen geschlossenen Bypässen beheben (sofern die DK nicht ausgeschlagen ist). Leider ist diese Methode den BMW-Partnern untersagt.
ERGO:
Mit den Leerlaufstellern der R1200 wurde lediglich der „Hebel Kaltstartbetätigung“ automatisiert, die restlichen Unzulänglichkeiten aber beibehalten.
Geht es besser?
Ich meine „ja“!
Grundüberlegung: Hat der Motor seine Betriebstemperatur erreicht, so sollte er ohne zusätzliche Luft über das Bypasssystem funktionieren. Folglich stelle ich die DKnanschläge so ein, dass die ISS (bei Betriebstemperatur!!) überflüssig und somit vollständig geschlossen sind. Bei einer solchen Einstellung wird im „Normalbetrieb“ jeglicher Einfluss durch Asymmetrien des Leerlaufsystems ausgeschlossen.
Die Hauptdurchlässe der DKS auf gleichen Durchfluss einstellen. Alle eventuellen Einflüsse der ISS werden ausgeschaltet indem ich zuerst den Motor warm fahre, abstelle, dann die Stecker der ISS abziehe, die ISS ausbaue (je 2 Schrauben) und den Synchrotester (Schlauchwaage) anschliesse.
In den beim Ausbau entstandenen „Löchern“ sind jeweils 2 kleine Bohrungen (6 mm) zu sehen. Jedes verschliesse ich durch einen grossen Klumpen Plastilin (=Knetgummi; Ein ölgetränktes aber nicht tropfendes ZEWA funktioniert auch, Hauptsache alle Bohrungen in dem "Loch" sind luftdicht verschlossen). So sind Einflüsse durch Nebenluft und irgendwelche ISS Fehler ausgeschlossen.
Der Motor wird wieder gestartet. Bei normalem Wetter, in normaler Seehöhe, sollte ein warmer Motor ohne Leerlaufanhebung korrekt synchron laufen. In den wenigsten Fällen wird das aber der Fall sein!
Ich drehe die „verbotene“ Anschlagschraube derjenigen Seite bei der der grössere Unterdruck besteht (höhere Wassersäule) langsam so weit ein(!),bis die Säulen gleich hoch sind. Bis jetzt entspricht das Vorgehen exakt demjenigen bei den R1150 (bei diesen werden die Bypässe „ausgeschaltet“ indem man die BPSn auf Anschlag zudreht).
Die Besonderheit der R1200
Die Motronik der R1200 hat einen intern vorgegebenen Leerlaufsollwert. Weicht die IST-Leerlaufdrehzahl davon ab, betätigt sie die Leerlaufsteller.
Folglich ist es nicht damit getan die DK lediglich auf „Null Druckdifferenz" einzustellen, sondern die Schrauben müssen so eingestellt sein dass auch die Leerlaufdrehzahl im Sollbereich liegt (nach Möglichkeit an seinem unteren Rand).
1) Sind die Anschlagschrauben so eingestellt, dass der Motor optimal synchron aber mit höherer Drehzahl als dem SOLLwert läuft, so wird die Motronik versuchen die Zusatzluftmenge mittels der ISS zu verringern. Weniger als „geschlossen“ ist aber nicht möglich. Ob die Motronik nach irgendeiner Zeit aufgibt oder dauernd versucht den Leerlauf niedriger zu stellen weiss ich nicht. Fakt ist aber, dass ein Mopped kein „Stehzeug“ sondern ein Fahrzeug ist und die wesentliche Betriebszeit nicht bei Leeraufdrehzahl abspielt, sich das vergebliche Bemühen in zeitlich relativ kurzen Phasen abspielt.
2) Sind die Anschlagschrauben so eingestellt, dass der Motor optimal synchron aber mit niedrigerer Drehzahl als vorgegeben läuft, so wird die Motronik versuchen die Zusatzluftmenge mittels der ISS zu vergrössern. Folglich sind die Dinger praktisch dauernd offen und haben u.U. durch eventuelle Fehler fatalen Einfluss auf den synchronen Leerlauf!
Das ist ein Riesenaufwand? Zugegeben ist es etwas aufwendig. Dafür macht man es nur etwa 1 Mal im Leben eines Paars DKS.
Daher stelle ich die DK-Anschlagschrauben, im warmen Zustand, bei geschlossenen (ausgebauten) Leerlaufstellern, so ein, dass der Motor synchron UND am unteren Rand des Bereichs der SOLL-Drehzahl, also mit knapp 1100 1/min läuft (laut Rep DVD 1150 +/- 50 min-1).
3) Danach werden die ISS nur in der Warmlaufphase (und wenn der Motor knallheiss ist) von der Motronik „angesprochen“.
Die exakte Funktion der ISS lässt sich leicht prüfen. Hat man beide DK eingestellt und die ISS wieder eingebaut, so sollte sich keinerlei Änderung am Differenzdruckmessgerät ablesen lassen. Auch dann nicht wenn bei kaltem Motor gemessen wird bei dem die ISS auf jeden Fall in Betrieb sind!
Wenn mehr Luft angesaugt wird, muss dann nicht auch mehr Kraftstoff dazu?
Ja klar. Wie es BMW realisiert weiss ich nicht doch gibt es mindestens 2 Methoden.
1) Die Motronik weiss wann und wie sie Kommando zum Bewegen der ISS gibt, folglich kann sie gleichzeitig das Kommando für etwas veränderte Einspritzzeiten geben.
2) Nachdem es sich um recht geringe Zusatzluftmengen dreht, wird es wohl über die Lambdasonden geregelt werden.
Grenzen und Eigenschaften dieser Methode
Überlegung an Beispielen:
1) Ein Küstenbewohner stellt sein Mopped nach dieser Methode ein und hat einen Saisonjob am Stilfser Joch in 3000m Höhe. Nachdem der Sauerstoffgehalt pro Volumeneinheit dort geringer und somit der Leerlauf niedriger ist, wird die Motronik regeln und die ISS etwas öffnen. OK, passt ja.
2) Der Wirt des Lokals am Stilfser Joch hat sein Mopped ebenfalls nach dieser Logik eingestellt und sein Mopped läuft ohne ISS-Einsatz sauber. Er besucht nun seinen Saisonhelfer an der Küste. Nachdem die Luft dort „gehaltvoller“ ist, wird sein Motor einen etwas überhöhten Leerlauf aufweisen. Zwar bemüht sich die Motronik die ISS zu schliessen, doch weiter als „voll geschlossen“ ist eben nicht möglich. Entweder lebt man mit diesem Mangel oder stellt „küstengemäss“ ein.
Weshalb nicht gleich „küstengemäss“ (tiefer runter geht es nur an wenigen Punkten der Erde)? Sobald man oben auf dem Deich anhält beginnt das Theater mit den ISS (die Höhe hat sich geändert!). Der Älpler führe mit ständig arbeitenden ISS und deren Unzulänglichkeiten herum.
FAZIT: Lässt man die Überlegung „Einfluss der ISS im Normalbetrieb eliminieren“ ausser Acht, so sind lediglich die DKS (einmalig!!) auf exakt gleichen Durchfluss bei niedriger Drehzahl einzustellen.
In der Folge genügt es dann tatsächlich lediglich die Gaszüge zu justierenum zu erreichen dass sich die DK gleichzeitig öffnen. Praktisch wird man ab und an die ISS ausbauen und reinigen müssen. Sie „versauen“ genauso wie die BPSn der 11x0. Der Vorteil liegt darin beim Wiedereinbau nichts einstellen zu müssen (bei den 11x0 ist das aufwendiger)!
Weshalb bekommt das BMW seit x Jahren nicht hin?
Dies ist einewohl eher politische Frage! Die Tatsache der ungleich eingestellten DKS wird ignoriert oder „wegdiskutiert“. Man überlässt es den Partnern den Kunden abenteuerliche Geschichten zu erzählen weshalb es nicht besser geht!
Wären alle DKS wirklich exakt gleich eingestellt, käme das Problem gar nicht auf! Doch lässt sich das in der Praxis realisieren? Ich glaube nicht, zumindest nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand.
Könnte man die DKS nicht paaren und mit einem Differenzdruckmessgerät abgleichen? Das wäre zumindest einfacher, widerspricht aber den Fertigungs- und Lagerabläufen wo man eben am liebsten beliebige „linke & rechte“ zusammenschraubt / lagert.
Weshalb man den Werkstätten nicht offiziell eine Anleitung an die Hand gibt um –wenigstens in kritischen Fällen- einmalig nachzubessern verstehe wer will. An der Intelligenz der Mechaniker liegt es sicher nicht, alle Messgeräte sind vorhanden und Sicherungslack gibt’s im Elektronikfachhandel.
Daneben noch eine Überlegung zur Diskussion
Die Kraftstoffmenge wird geregelt (so macht es BMW):
Der Motor läuft „für beide Zylinder“ mit einer gemeinsamen Drehzahl (ist so weil es nur 1 Kurbelwelle gibt). Dabei ist erst mal egal ob die Zylinder synchron sind oder nicht. Er humpelt vielleicht, die Krümmer glühen o.Ä., doch es ist EINE gemeinsame Drehzahl.
Weichen die Lambdawerte vom Vorgabewert ab, so versucht die Regelung das Gemisch pro Zylinder passend zu machen indem die Einspritzdauer verändert wird. Waren die Mengen (!) des Gemisches beidseitig gleich, so ändert sich nichts am Synchronlauf, waren sie unterschiedlich, so bleiben sie unterschiedlich. Die Änderungen der Einspritzzeiten ist dabei so gering, dass auch keine signifikanten Leistungsunterschiede auftreten.
Extrembeispiel
Zylinder 1 bekommt 100% Luft, die Einspritzmenge 1 wird so reguliert, dass für ihn Lambda = „x“ (im Idealfall =1) besteht.
Zylinder 2 bekommt 50% Luft, die Einspritzmenge 2 wird so reguliert, dass für ihn (ebenfalls) Lambda = „x“ besteht.
Vielleicht (zumindest theoretisch) wird sich die SOLL- Drehzahl (dank der ISS) einstellen lassen, aber von „synchron“ kann nicht die Rede sein. Ob wirklich gleiche Lambdawerte erreicht werden ist auch nicht sicher, aber zum Verständnis taugt diese Vorstellung.
Der Durchfluss wird nirgendwo erfasst, auch die Unterdrücke oder deren Differenz werden nicht gemessen. Bestenfalls könnte man, anhand der Potistellung, den linken Durchfluss als bekannt voraussetzen.
Unter Umweltaspekten (Ziel: Lambda=1) ist die Regelung der Einspritzdauer sicherlich eine akzeptable Lösung.
Weshalb nicht die Luftmenge regeln?
Man belässt die Einspritzzeiten für beide Zylinder identisch, Die Einspritzmengen li / re sind somit theoretisch ebenfalls identisch. Theoretisch deshalb, weil niemand weiss, wie viel wirklich durch die Düse kommt (Toleranz, Dreck, etc).
Die Praxis zeigt, dass die Einspritzmengen li/re bei den R11x0 nur im Ausnahmefall (seltener Defekt) unterschiedlich sind.
Weicht ein Lambdawert vom SOLL ab, so sollte „seine“ Regelung erst mal versuchen ihn mit „seinem“ (dann einzeln anzusteuernden ISS anzugleichen und die Dinger nicht gleichzeitig verstellen.
Weicht danach die IST-Drehzahl vom SOLL-(Leerlauf-) Wert ab obwohl in die „richtige“ Richtung gedreht wird um einen korrekten Lambdawert zu erreichen, wird mit beiden Leerlaufstellern nachgeführt. Geregelt wird bis Drehzahl und Lambda mit den SOLL-Werten übereinstimmen.
Beispiel:
Die SOLL-Drehzahl ist korrekt aber der rechte Zylinder läuft laut seinem Lambdawert zu fett.
Der ISS rechts wird etwas geöffnet um mehr Luft bei gleicher Kraftstoffmenge zuzuführen. Als Ergebnis wird das Gemisch rechts abgemagert bis der Lambdawert passt.
Ist jetzt die Leerlaufdrehzahl zu hoch, werden beide ISS etwas geschlossen, die (gemeinsame!) Einspritzzeit wird verringert. >> Beiden Seiten wird weniger Luft UND weniger Kraftstoff zugeführt. >> Die Drehzahl wird reduziert und die Lambdawerte beider Seiten passen.
Setzt man voraus, dass die Einspritzmenge gleich ist, muss jetzt auch die Menge des Luft/Spritgemischs identisch sein weil beide Lambdawerte identisch sind. Ergo: Synchronlauf!
Mit Hilfe eines vernünftigen Algorithmus dauert das nicht länger als die angewendete Methode. Voraussetzung ist allerdings, dass die möglichen Stellschritte der ISS fein genug gewählt werden können.
Ob die Lambdavorgaben 1 oder x sind, ist prinzipiell egal, solange es für beide Zylinder identische Werte sind.
Zwar wären auch hier beide ISS „ständig“ in Aktion, doch wären eventuelle Ungleichheiten der ISS und auch kleine Differenzen der DKS-Grundeinstellungen uninteressant weil diese Art der Regelung dies ausgleichen würde! Geregelt würden sowohl der Lambdawert wie auch der Synchronlauf.
Mir erschiene die Regelung der Luftmengen sinnvoller. Realisiert ist die Kraftstoffmengenregelung.
Links:
4V2_Leerlaufstepper1200
4V Synchronisieren 2: Stellglieder und Fehler