Sinnvoll ist es zuerst die Beiträge „Einspritzventil 1“ und „Einspritzventil 2“ zu lesen und verstehen.
Angeregt durch einen Forumsbeitrag habe ich Überlegungen angestellt.
Der Grundgedanke damit der Motor ruhig läuft und möglichst sauber auf „Gas“ reagiert, liegt in der exakten Synchronisation der beiden Zylinder. Also sorgen wir mit der Synchro dafür dass, egal bei welcher Drehzahl, immer jeweils gleiche Gemischvolumen in den linken und rechten Zylinder fliessen.
Bei näherer Betrachtung sorgen wir allerdings nur dafür dass gleiche Gemischmengen einströmen. Ob das Gemisch in allen Zylindern identisch zusammengesetzt ist hängt davon ab wieviel Kraftstoff pro Zylinder eingespritzt wird.
Ausgehend von einem Beitrag im Forum(Link „Beitrag“) habe ich mir Gedanken um die Einspritzventile und die dort gezeigten Messwerte gemacht.
Bei den R11x0 ist die Antwort zur Kraftstoffmenge einfach: Die Einspritzventile werden vom selben Ausgang der Motronik gesteuert, bekommen also das identische Signal. Die Ventile kennen nur die Befehle „auf“ bzw. „zu“, die Menge wird nur über die Einspritzzeit geregelt! (Beitrag: Einspritzventil)
Wenn also beide Einspritzdüsen eines BMW-Boxers gemeinsam angesteuert werden, müssen die eingespritzten Kraftstoffmengen gleich sein!
Theoretisch ist das richtig, praktisch unterliegen die Einspritzventile etlichen Toleranzen so wie eben jedes Bauteil auch.
Jetzt wird es gedanklich etwas schwierig.
Sind die Luftmengen (angenommen) absolut gleich, die Spritmengen aber unterschiedlich, so weisen die Abgase der Zylinder unterschiedliche Lambdawerte auf. Folglich erzeugt jeder Zylinder bei unterschiedliche Lambdawerten auch eine eigene, unterschiedliche Leistung! (Link „Leistungssteigerung durch mehr Sprit“). Also läuft der Motor „ungleich“ obwohl der Synchrotester „perfekt“ anzeigt.
Bei den R11x0 misst die Lambdasonde im zusammengeführten Abgas beider Zylinder einen Mischwert, unterschiedliche Lambdawerte der beiden Zylinder können nicht erkannt werden.
Ab den R1200 wird mit 2 Lambdasonden zylinderselektiv gemessen und die Einspritzzeiten werden getrennt geregelt.
Einige Aussagen im Forumsbeitrag erschienen mir nicht logisch und so habe ich mir mal die Arbeitsweise eines Testgerätes (Launch CNC-602A injector cleaner & tester) angesehen.
Vorab für die Ungeduldigen:
Die Folgerungen im Forum sind alle richtig, nur die Erklärungen passen teilweise nicht.
Gepaarte Ventile sind sinnvoll.
Grössere, leistungsfähigere Ventile mit höherem Durchsatz sind Unsinn.
Die Einspritzventile sind ein feinmechanisches Massenteil und kosten (12er EtNr 13617672335) bei BMW ca. 100 EUR. Im Teilehandel sind exakt die gleichen Teile (BOSCH 0280158038; UVP 106 EUR) schon für 25 EUR zu haben.
Sehen wir uns einfach die technischen Daten aus dem BOSCH Katalog an:
Ventile gruppieren
Der Begriff ist wahrscheinlich genauso wenig zutreffend wie “paaren“ oder „selektieren“ (=aussuchen).
Die Idee besteht darin, aus einem „Haufen“ nominell ohnehin gleicher Einspritzventile durch Vergleichen eine zum Motor passende Gruppe (beim Boxer 2 Stück) möglichst ohne Toleranz zueinander herauszusuchen.
Voraussetzung sind natürlich neue oder gründlich gereinigte Einspritzventile.
Das Argument „Benzin reinigt doch“ ist bei Einspritzventilen genauso richtig wie „Trinkwasser ist nicht schmutzig“ bei verkalkten Wasserhähnen.
Beim Einspritzventil-gruppieren handelt es sich um vergleichende Messungen!
Vergleichsvorgang
Was wird geprüft?
Das Einspritzbild
Siehe (Einspritzventil)
Die Dichtheit
Siehe (Einspritzventil)
Der Nenndurchfluss
Siehe (Einspritzventil)
Der Durchfluss verdient eine genauere Betrachtung
Details sind bei (Link) “Einspritzventil Schaltzeit_Taktrate“ ausgeführt
Interessant die Frage:
Haben alle Einspritzventile einer Gruppe (in unserem Fall 2) die Durchlassmenge gemäss Datenblatt und, wesentlich wichtiger, haben sie nicht nur die jeweils gleichen Durchlassmengen pro Minute sondern sind diese auch gleich egal wie häufig getaktet wird (Maximaldrehzahl)? Aufgrund kleiner elektrischer und mechanischer Unterschiede könn(t)en Ze, Za und Zs der Einspritzventile unterschiedlich sein und das kann sich bei hoher Taktrate merklich multiplizieren.
Je kleiner die Abweichungen sind desto ruhiger und sauberer wird der Motor laufen.
Der PB-Beitrag behandelt unterschiedliche „Probleme“
1 Einspritzventile verschleissen und verschmutzen im Laufe des Gebrauchs wie auch jedes andere Bauteil.
Daher sollten sie entweder erneuert oder gereinigt werden.
Gebrauchte EV werden beim Wareneingang vermessen, gereinigt und erneut vermessen. Das entspricht der Leistungsmessung eines Motors vor/nach Tuningarbeiten.
2 Gemäss der vorhergehenden Ausführungen ist es sinnvoll aus einer grossen Menge eine möglichst gut zueinander passende Gruppe zusammenzustellen. Der Ausdruck „paaren“ passt nur bei 2-Zylindern.
Nachdem für jedes Ventil ein Messprotokoll existiert können aus einem „grossen Haufen“ möglichst gut zueinander passende herausgesucht werden.
3 Einspritzventile unterliegen Konstruktionsänderungen. Bei neueren Konstruktionen sind Verbesserungen zu erwarten. Deshalb werden nach Möglichkeit Einspritzventile der neuesten Bauart verwendet (manchmal allerdings sind neuere Konstruktionen nur billiger herzustellen und weniger haltbar).
Diskussion der gezeigten Tabellen
Was sagt die Tabelle aus?
Die Begriffe Taktrate, Ze, Za und Zg und Schaltzeit sind bei (Link) „Einspritzventil Schaltzeit_Taktrate“ erklärt.
Spalte 1 Bezeichnung
Zustand Eingang Messwerte für 2 verschmutzte,
gebrauchte Ventile
Simulation Die verwendete Taktrate
(„Einspritzventil Schaltzeit_Taktrate“)
und die Spritzstrahlform
Duty Keine Ahnung was „Duty“ (Betriebs-art/ –zeit, Nutzarbeit)
in diesem Zusammenhang bedeutet
ESV01 Messwerte für Einspritzventil 1
ESV02 Messwerte für Einspritzventil 2
Median (ccm/min) Die durchschnittl.Durchflussmenge in [ccm/min]
Abweichung (Mix-Min) Die max. Abweichung innerhalb der Gruppe in ccm/min
Satzqualität Flow (A/M) Die max. Abweichung innerhalb der Gruppe in %
F-R / Schaltgeschwindigkeit Durchschnittlicher Verlust durch Schaltzeiten (Ze)bei verschieden Taktraten
Spalte 2: von mir eingefügt; aus Spalten 3&4 hochgerechnete Werte für Taktrate 1“
Spalte 3: zeigt die Messwerte bei Taktrate 2000
Spalte 4: die Messwerte bei Taktrate 8000, (wie Spalte 3 zu interpretieren).
Spalte 5, Das Spritzbild wird visuell beurteilt.
Am Beispiel Spalte 3
ESV 01 spritzt 287 ccm/min bei Taktrate 2000, der Einspritz“strahl“ ist konisch
ESV 02 spritzt 283 ccm/min bei Taktrate 2000, der Einspritz“strahl“ ist konisch
In Schnitt spritzen die beiden Ventile je 285 ccm/min (eine für uns in diesem Zusammenhang erst mal relativ wertlose Aussage).
Die Durchflussraten der beiden Ventile weichen um 4 ccm/min voneinander ab.
Der „Satz“ besteht im vorliegenden Fall aus 2 Stück, seine „Satzqualität“ (=max. Abweichung in%) bei z.B. Taktrate 2000 beträgt 1,40% (=100-283/287).
Im Vergleich ist ein niedriger Durchfluss zu erkennen wenn häufiger getaktet wird. „Schuld“ daran ist der bei 8000 vierfache „Bedarf“ von Ze gegenüber 2000.
Hier könnte sich der Sinn von „Duty“ erschliessen.
Zwischen den einzelnen Schaltvorgängen ist eine Pause (Ausschaltzeit) notwendig um das Ventil zu schliessen.
Taktet man z.B. mit 2000 Schaltvorgängen pro Minute (Taktrate 2000) so dauert jeder Takt 30ms. Damit ist aber keinerlei Aussage verbunden wie lange dabei die „Auszeit“ ist. Relativ einfach zu realisieren wäre eine Auszeit von jeweils 25% der Taktzeit also 75% (=22,5ms) „ein“ und 25% (=7,5ms) „aus“.
Bild „Taktung“
Zeile 1&2&3 sind bei Link „Einspritzventi—Schallzeit_Taktrate“ erklärt.
Zeile 4
Prozentuale Taktung als Vergleichswert. Hier: Ausschaltzeit ca. 15% der Einschaltzeit
Bild Zeile 5
Schliesszeitoptimierte Taktung als Vergleichswert. Ausschaltzeit möglichst = Schliesszeit Zs (bautypkonstant)
Brauchbar ist die Taktung gemäss der Zeilen 4&5 nur um Ventile zu vergleichen.
F-R / Schaltgeschwindigkeit
Siehe „Schaltverlust“ (Link „Einspritzventil Schaltzeit_Taktrate).“
Nimmt man den Mittelwert der Spalte 4 als Massstab und setzt denjenigen der Spalte 5 dazu in Beziehung dann beträgt der Durchfluss bei der höheren Taktrate 83% desjenigen bei niedriger Rate.
Der Wert ist ein Mass dafür auf welchen Prozentsatz von Spalte 3 der (durchschnittliche) Durchfluss sinkt wenn man statt einer Taktrate von 2000 eine mit 8000 anlegt und ist ein Mass für Ze. Während des Öffnens/Schliessens fliesst ja weniger Volumen.
Die absoluten Werte, also die Prozentzahl bei unterschiedlichen Taktraten sind absolut nichtssagend.
Die Aussage ist nur als Vergleichswert für den Test unterschiedlicher Ventile unter gleichen Bedingungen interessant.
Zur Bewertung der absoluten Zahlen müssten die Testbedingungen detaillierter bekannt sein (z.B. immer gleiche Abschaltzeit weil diese für jeden Ventiltyp eine Konstante ist; > siehe „Duty“)
Angestrebt werden Ventile die bei allen Taktraten jeweils möglichst geringe Differenzen aufweisen (Satzqualität jeweils 0%).
Wie gross sind Ze, Za und Zs?
Nachdem es Bauteilkonstanten sind kann man nur Überlegungen zur Grössenordnung anstellen.
Der Versuch der ungefähren Berechnung einer Grössenordnung(!) anhand von Messwerten aus (Link) „Einspritzventil Gruppe“ führt zu der Spalte2 „Simulation1“:
Die Werte für eine Taktrate 2000/8000 sind z.B. 291/237 ccm/min.
8000-2000=6000 Takte verringern den Durchfluss um 291-237= 54 [ccm], folglich sind es bei 2000 Takten 27 ccm.
Der Durchfluss bei 0 Takten (also „Dauerfeuer“) ist dann 291+24= 318 [ccm]. Das ist ein Wert der zumindest in der Nähe vom Nennwert (349ml) aus dem Datenblatt liegt. Bei 318 sind Schliesszeiten mitkalkuliert!
Errechnen wir wie lange eine dauerhaft geöffnete Düse brauchen würde um die Einspritzmenge zu erreichen die bei einer Taktrate von 8000 minütlich fliesst: 60*237/318= 44,7 [s]. Folglich besteht, bedingt durch 8000 Schaltvorgänge, ein Mengenverlust der 15,3 s Einspritzzeit entspricht. Damit dauert ein Schaltvorgang etwa 15,3s/8000=1,91ms. Das ist (nur) ein Anhaltswert für den „Verlust“ pro Schaltvorgang.
ABER: Bekannt ist die Taktrate (8000 pro Minute also alle 7,5 ms) nicht aber das Taktverhältnis. D.h. es ist unbekannt wie lange davon „AUF“ ist. Stimmt meine Annahme dass 25% „Duty“ ein Tastverhältnis von 3:1 bedeutet, so wäre die Ausschaltzeit 1,875 ms. Das ist ein aufgrund eines BOSCH Oszillogramms in der Nähe von Zs liegender Wert. Nachdem Zs aber -im Gegensatz zu „25%“- fix ist, ist die Hochrechnung des Durchsatzes bei kleinerer Taktrate stark fehlerbehaftet.
Wenn Ventile untereinander verglichen werden so sind diese „Unzulänglichkeiten“ uninteressant weil ja lediglich die Differenzen unter gleichen Bedingungen betrachtet werden
Hinweise
1 Beim Zusammenstellen von Ventilgruppen sind z.B. die Überlegungen zu Ein-und Ausschaltzeiten o.Ä. uninteressant. Die Ventile müssen nur unter gleichen Bedingungen verglichen werden.
2 Bei den 1200 mit zylinderselektiver Regelung würde ich Gleichheit bei hohen Taktraten bevorzugen. Begründung: Bei höher Last und Drehzahl wird die Lambdaregelung abgeschaltet und dann kommen bestehende Ungleichmässigkeiten zum Tragen.
Bei den 11x0 mit „Mischregelung“ muss man wählen: Entweder möglichst gleichmässigen Leerlauf und Teillastbetrieb oder einwandfreie Bedingungen bei Volllast.
Wechselt man bei den 11x0 auf die Ventile der 1200 so ist das OK oder sogar vorteilhaft, nimmt man „gleich welche mit mehr Durchlass“ bringt das nur Nachteile. Bei hoher Last und Drehzahl wird nicht mehr geregelt sondern die Einspritzzeiten werden einer Tabelle entnommen um fett und somit leistungsfördernd und auch etwas „kühler“ fahren zu können. Wird das Gemisch noch fetter als bei den Originaldüsen, so fällt die Leistung wieder ab!
Links
Einspritzventil 1
Einspritzventil 2 Schaltzeit_Taktrate
Einspritzventil 3 Gruppe
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