Elektronisches Tuning: Gemischmanagement

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Tiberius
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Elektronisches Tuning: Gemischmanagement

Beitrag von Tiberius » 23. Okt 2007 19:16

Mein "Braindump" zum Thema Gemischmanagement und Einspritzung. Alles wie immer ohne Anspruch auf Vollständigkeit oder Korrektheit, Kritik und Verbesserungen sind wie auch wie immer erwünscht.

Mit der Zeit wird da sicher nochwas dazu kommen.
Ich werde die Änderungen dann immer mittels edit durchführen damit der Thread übersichtlich bleibt.

Tiberius
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Beitrag von Tiberius » 23. Okt 2007 19:17

Einleitung


Beim upgraden von Systemen kommt man leicht an Grenzen an denen die serienmässige Motorsteuerung die geforderte Leistung nicht mehr unterstützt. Dies ist besonders bei der Einspritzung der Fall. Ab einem gewissen Leistungsniveau kann man keine zusätzliche Leistungssteigerung mehr vornehmen ohne die Einspritzdüsen zu vergrößern. Beim 3000GT ist das ziemlich früh der Fall da die serienmässigen Einspritzdüsen nur maximal 360ccm pro Einspritzvorgang liefern können. Die meisten modernen Sportwagen haben da mehr Luft nach oben.
Ersetzt man also die Einspritzdüsen so muss man die Motorsteuerung darauf einstellen da ansonsten zuviel Sprit eingespritzt wird. Bei manchen Motoren kann man das dazugehörige Steuergerät relativ leicht umprogrammieren (z.B. DSM) und so den Faktor für die Einspritzdüsen einfach ändern. Das geht beim 3000GT gar nicht oder nur sehr umständlich.
Daher muss man die Motorsteuerung entweder ersetzen, etwa durch ein Standalone Engine Management System, oder die Signale welche die serienmässige ECU verarbeitet verändern. Diese Veränderung kann vor der ECU stattfinden, so dass man der ECU falsche Werte vortäuscht um auf das geänderte Setup abgestimmte Steuersignale zu erhalten (Logik: Ich habe doppelt so große Einspritzdüsen, also täusche ich der ECU einfach die halbe Menge Luft vor um diesen Faktor zu korrigieren) oder aber nach der ECU wobei die Einspritzdüsen dann nicht mehr von der ECU selber angesteuert werden sondern von einem Zusatzgerät. Die ECU selbst bemerkt dann noch nicht mal dass sie keine Kontrolle mehr hat.

In allen Bereichen gibt es verschiedene Ausprägungen der Komplexität der Veränderungen welche auch unterschiedlich aufwendige Änderungen in der Hardware mit sich bringen. Sehr lange Zeit haben sich sogenannte Piggyback Geräte, also Geräte die sich zusätzlich zur Serien ECU in den Kabelbaum hängen, auf Aufgaben spezialisiert. Problem bei den Piggyback Geräten war dann allerdings dass viele Geräte mehrere Funktionen erfüllen und sich so eine unnötige Redundanz ergibt sowie der Preis der zusammengerechnet dann schon in Regionen von Standalone ECM's geraten ist. Außerdem wurde der Kabelbaum durch die vielen Kabelabgriffe ziemlich zerstört.
Seit ein paar Jahren gibt es dann Geräte die fast alle Funktionen der Standalone ECM's erfüllen aber als Piggyback System betrieben werden. Vorteil hier ist dass die Grundfunktion der serien ECU erhalten bleibt und sämtliche serienmässigen Sensoren weiter verwendet werden können. Außerdem kann man die serienmässigen Werte der ECU als Ausgangsbasis fürs Tuning verwenden anstatt wie bei den meisten ECM's bei Null anzufangen.
Hier möchte ich mal einige Geräte die zum Tuning am 3000GT geeignet sind besprechen. Der Fokus soll dabei auf der Gemischbildung liegen da dies die wichtigste Funktion beim erhöhen der Leistung ist. Letztlich kommt man bei allen Arten der Leistungserhöhung irgendwann an diese Grenze, sei es nun bei Ladedruckerhöhung, Hubraumerhöhung oder Drehzahlerhöhung.
Die Geräte will ich grob nach der Methode einteilen nach der sie arbeiten. Zunächst allerdings ein paar Grundlagen zu den Gerätschaften die an der Gemischbildung beteiligt sind.

Tiberius
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Beitrag von Tiberius » 23. Okt 2007 19:20

Luftmassenmesser
Bei Autos mit elektronischer Einspritzung ist eine Grundvoraussetzung für die Gemischbildung das bestimmen der Menge an Luft die zur Verbrennung in den Motor hinein geleitet wird. Generell kann man dies durch folgende Arten von Sensoren erreichen:

Vane Air Flow (VAF) Meter
Die einströmende Luft bewegt eine falltürartige Klappe. Die mechanische Bewegung der Strömungsgeschwindigkeit wird in eine entsprechende elektrische Spannung übersetzt welche als Eingangssignal für die ECU dient. Durch den Querschnitt des Sensors und der Strömungsgeschwindigkeit lässt sich zwischen der Spannnung des Sensors und Volumen der angesaugten Luft ein Verhältnis bestimmen. Im Prinzip ein Schätzeisen und sehr empfindlich gegenüber Veränderungen an der Ansauggeometrie.

Manifold Absolute Pressure (MAP) Sensor
Ein Drucksensor misst den Druck in der Ansaugbrücke, ein anderer mißt den Druck der Umgebungsluft. Die Diffferenz dient als Eingangssignal für die ECU. Dazu wird oft noch ein Temperatursignal der Ansaugluft verarbeitet. Das bekannte Volumen der Luft in der Ansaugbrücke zusammen mit dem Druck und der Temperatur ermöglicht das Errechnen der Masse der Luft.

Mass Air Sensor (MAS) / Hotwire Mass Air Flow (MAF)
Diese Geräte arbeiten nach dem Thermodynamischen Prinzip. Dabei wird ein Titandraht erhitzt und in den Luftstrom im Ansaugtrakt gestellt. Ein zweiter gleichartiger Draht wird vom Luftstrom abgeschirmt. Die Temperatur (bzw. der elektrische Widerstand, welcher von der Temperatur abhängt) der Drähte wird gemessen und anhand der Hitze die am Draht im Luftstrom abgeleitet wurde kann man die Masse der Luft bestimmen die den Sensor durchquert hat. Diese Masse wird in Form einer Spannung an die ECU weitergegeben.

Karmann-Vortex Mass Air Flow (MAF)
Dieser Sensor arbeitet nach dem Karmann-Vortex Prinzip aus der Strömungslehre, benannt nach dem Entdecker des Prinzips. Das Prinzip sagt aus dass ein in eine Strömung eingebrachtes Hindernis Verwirbelungen erzeugt, welche den Druck im strömenden Medium verändern. Beim Karmann-Vortex MAF wird also zunächst durch ein bienenwabenartiges Gitter eine möglichst gleichförmige Strömung erzeugt. Dann wird ein Hindernis eingebracht welches Verwirbelungen erzeugt. Durch ein kleines Loch im Strömungskanal werden die Druckveränderungen durch die Wirbel an eine spiegelnde Folie weiter gegeben, die Folie fängt an in der selben Frequenz zu schwingen wie die Luftwirbel hinter dem Hindernis. Größere Wirbel haben größere Schwingungen zur Folge so dass von der Schwingung ein Rückschluss auf das Volumen der durchgeströmten Luft gezogen werden kann. Mittels einer LED und einer Photodiode werden diese Schwingungen auf ein elektrisches Signal aufgebracht und an die ECU weitergegeben. Zusätzlich erhält die ECU noch Signale eines Temperatursensor der die Temperatur der Ansaugluft misst sowie eines Drucksensors der den Umgebungsdruck misst. Die Frequenz des Karmann-Vortex Sensors entspricht also dem Volumen der Luft, zusammen mit der Temperatur und dem Umgebungsdruck kann man daraus die Masse der Luft errechnen.

Die ECU: closed-loop / open-loop
Die serienmässige ECU kennt zwei Betriebszustände. Im Teillastbereich wird der sogenannte closed-loop Modus gefahren. Dabei misst die ECU über die Lambdasonde permanent die Abgaszusammensetzung und reagiert dann entsprechend über die Einspritzdüsen um die gewünschte Abgaszusammensetzung einzustellen. Der open-loop Modus wird bei Lastsituationen angesteuert. Dabei werden die Zielwerte für die Einspritzmenge aus einer Tabelle (Map) abgelesen. Die Lambdawerte werden für die Gemischbildung ignoriert. Bei beiden Betriebszuständen wirken Sensorwerte von diversen Sensoren (Wassertemperatur, Ansauglufttemperatur, Atmosphärischer Druck, Drosselklappensensor, Leerlaufanzeiger, Batteriespannung) auf die Zielwerte ein. So kann z.B. ein spezielles Kaltlaufprogramm angewendet oder spezielle Konditionen zum Motorstart hergestellt werden.
Das „Problem“ das sich beim Tuning nun ergibt ist, dass im Teillastbereich die ECU unter Umständen gegen das Tuning arbeitet. Wenn wir also der ECU einen falschen Airflow Wert vorlügen um größere Einspritzdüsen auszugleichen, dann bemerkt die ECU im nächsten Meßzyklus unter Umständen dass die Lamdawerte nicht den angepeilten entsprechen und versucht entsprechend zu korrigieren. Vor allem wenn der Ladedruck sehr stark erhöht ist kann es unter Umständen schon im Teillastbereich notwendig sein das Gemisch anzufetten um Motorklopfen zu verhindern, die ECU versucht allerdings in diesem Bereich noch ein ausgeglichenes Gemisch herzustellen. Die Tuninggeräte der höheren Preisklasse verhindern das indem sie den Lambdawert für die ECU ebenfalls anpassen, meist in der Form von Maps mit festen Werten. Soweit mir bekannt beherrschen dies nur die MapECU2 sowie der GReddy E-Manage Ultimate.

Die Einspritzdüsen
Einspritzdüsen bestehen im Prinzip aus einem Ventil, welches von einem Elektromagneten geöffnet und geschlossen werden kann. Hinter diesen Ventilen steht der Treibstoff unter Druck so dass er bei geöffnetem Ventil herausgepresst wird. Das Düsendesign sorgt für bestmögliche Zerstäubung. Der Benzindruck soll dabei konstant bleiben damit bei gleicher Öffnungszeit des Ventils und gleichem Druck des Benzins dahinter auch immer die gleiche Menge das Ventil passieren kann.
Das Ventil bleibt aber nicht einfach so lange offen bis die gewünschte Menge durchgelaufen ist, stattdessen wird das Ventil über einen festen Zeitraum pulsweise geöffnet und geschlossen so dass sich die gewünschte Menge immer gleichmässig über den Einspritzzeitraum verteilt. Erreicht man mit dieser Auf-und-Zu Geschichte die technisch mögliche Maximalfrequenz der Düse, so spricht man von 100%iger Düsenauslastung. Mehr Sprit als in diesem Zustand kann die Düse nicht durchlassen.

Tiberius
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Beitrag von Tiberius » 23. Okt 2007 19:21

Geräte fürs Gemischmanagement
Hier kommt ein kleiner Überblick über Optionen für unseren 3000GT. Es gibt auch viele Geräte die bei anderen Autos funktionieren aber nicht beim 3000GT da sie z.B. frequenzbasierte Airflow Signale nicht unterstützen.

EDIT: Ich werde den Überblick später noch um pro und contra für jedes Gerät erweitern

Pro-M MAF-tuner
Dieses Gerät verändert das Frequenzsignal des Karmann-Vortex Sensors und bringt auch einen eigenen Karmann-Vortex Sensor mit. Optional kann man den Sensor auch hinter die LLK und somit direkt vor die Drosselklappe und hinter das Blow-Off Ventil verlegen (Blow-through). Eine Breitband Lambdasonde wird zum Einstellen empfohlen.

Split-second ARC2, MAF Translator
Diese Geräte verändern die Art, wie die Luftmasse gemessen wird um dann von der ECU die Berechnungen zur benötigten Benzinmenge durchführen zu lassen. Statt des bei Mitsubishi verwendeten Karman-Vortex Sensors kommt hier ein hotwire MAF Sensor von General Motors oder Ford zum Einsatz. Diese haben den Vorteil dass sie günstig zu erwerben und auch in größeren Durchmessern zu haben sind was besser zu vergrößerten Durchmessern bei z.B. der Kompressorseite von größeren Turbos sowie Ladeluftrohren, LLK's und Drosselklappengehäuse passt.
Beide Geräte sind vergleichbar, wobei der ARC2 den MAF und eine Lambda-Anzeige (nur Anzeige!) direkt mitbringt und der MAF Translator quasi nackt kommt. Die Installation erfolgt nach dem MAF. Die Signalkorrekturen werden für 3 Leistungsbereiche festgelegt.

Apexi S-AFC / V-AFC / AFC Neo
Diese Geräte arbeiten nach dem Piggyback Prinzip und ändern das Airflow Signal direkt vor der ECU. Die Anpassungen können in bis zu 16 Stufen vorgenommen werden. Diese Geräte bieten auch fortgeschrittene Anzeigefunktionen und arbeiten selbstkorrigierend mit dem Lambdawert, auf diese Weise wird das Einstellen mittels eine Selbstlernfunktion vereinfacht. Über die Gemischbildung hinaus können V-AFC und AFC Neo auch die VTEC Funktion von Honda Fahrzeugen steuern.

Greddy eManage / eManage Ultimate
Diese Geräte müssten besser als Piggyback ECU's bezeichnet werden da sie viel mehr Funktionen erfüllen als die Gemischbildung. Die Gemischbildung kann für 5 Drehzahlbereiche festgelegt werden, das eManage kann das Airflow Signal für bis zu 50% größere Einspritzdüsen anpassen. Mittels des optionalen „Injector Harness“ kann das eManage die Einspritzdüsen direkt über eine 16x16 map steuern ohne dass die ECU noch darauf Einfluss hat. Gleiches geht mit der Zündungssteuerung welche in einer 16x16 map mittels optionalem „Ignition Harness“ vom eManage gesteuert werden kann. Die Software zum der Fortgeschrittenen Funktionen zum Einstellen per PC muss allerdings extra gekauft werden, alternativ kann auch der Profec-e01 benutzt werden.
Das eManage Ultimate vereint alle Funktionen des eManage mit allen Optionen und bringt die Software zum Einstellen gleich mit. Ausserdem wurden zusätzliche Funktionen eingebaut und die Beschränkung auf 50% größere Einspritzdüsen aufgehoben. Das eManage Ultimate unterstützt z.B. auch die Verwendung von bis zu 2 zusätzlichen Einspritzdüsen so dass man statt 6 gößeren auch einfach eine oder zwei zusätzliche Düsen verwenden kann. Dies hat natürlich bauliche Veränderungen am Motor zur Folge.

Map-ECU / Map-ECU2
Dieses Gerät ist am ehestem mit dem eManage Ultimate vergleichbar, allerdings wird der serienmässige MAF durch einen im Gerät eingebauten MAP Sensor ersetzt. Die Einstellungen werden auch hier per Laptop auf das eigentliche Gerät übertragen. Auch hier werden zusätzliche Einspritzdüsen unterstützt.

Haltech Interceptor
Der Haltech Interceptor arbeitet ähnlich den Map-ECU Geräten und kann optional um mehrere Sensoren erweitert werden. Z.B. kann auch ein Boost-Control Selenoid angeschlossen werden um BC-Funktionalität zu integrieren. Ein MAP Sensor muss extra gekauft werden. Einstellungen werden mittels Windows Software am Laptop geändert.

Apexi PowerFC / AEM EMS / Motec M48, M800 / Haltech E8
Bei diesen Geräten handelt es sich um standalone ECM Systeme. Die serienmässige ECU wird komplett eliminiert. Je nach Gerät müssen auch zusätzliche Sensoren installiert werden bzw. kann die Motorsteuerung durch diverse Parameter verfeinert werden. Diese Art der Motorsteuerung muss von Spezialisten eingestellt werden und macht auch nur in Verbindung mit Prüfstandläufen Sinn.

Megasquirt
Megasquirt ist ein Projekt zum Bau und Programmierung einer ECU auf OpenSource Basis. Die Pläne zum Bau des Gerätes sind frei verfügbar und basieren auf einem Motorola Microcontroller. Bausätze zum selberbauen sowie fertig gebaute Geräte können auch bei verschiedenen Anbietern gekauft werden. Ziel des Projektes ist eine vollständige Eigenentwicklung einer ECU. Die Projektseite bietet zwar Softwarekomponenten zur Programmierung des Gerätes an, die letztendliche ECU Software muss allerdings selbstgeschrieben werden. Eine detaillierte Kenntnis von Motorsteuerung und den Eigeneiten des Zielmotors ist unbedingte Vorraussetzung.
Wer sich für diesen Weg entscheidet wird lange beschäftigt und am Ende ein Motorsteuerungs-Guru sein.

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TT
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Beitrag von TT » 23. Okt 2007 23:15

Hallo Tiberius,

nette Übersicht.

Für mich ist immer noch die Verfälschung der Parameter die zur Berechnung der „Engine load“ benutzt werden das größte und ungelöste Problem.

Siehe meinen Beitrag von Do Apr 21, 2005: http://www.gt-driver.de/forum/viewtopic ... d&start=26

Natürlich kann man etwas zusammen basteln was einigermaßen funktioniert. Aber nach meinem heutigen Wissensstand würde ich das Geld lieber in einen Wagen stecken der direkt mehr Leistung hat, oder dessen ECU sich programmieren lässt.

Ich stelle mir folgendes Horror-Szenario vor: Ich stecke in meinen gut gehenden 3000GT jede Menge Geld für „Bastelteile“ .
Schlimmsten Falls habe ich dann nach einigen Kilometern einen kapitalen Motorschaden und nur noch einen Schrotthaufen mit Restwert.
Besten Falls habe ich eine Monstermaschine die allerdings nur z.B. bei Regen, bei 13°C, mit 100 Oktan Benzin und auf Meereshöhe gut funktioniert und unter allen anderen Bedingungen schlecht fahrbar ist.

Gruß
TT

Tiberius
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Beitrag von Tiberius » 24. Okt 2007 08:30

Was man nicht vergessen darf ist dass fast alles was man mit dem 3000GT machen will schonmal irgendeiner auf der Welt gemacht hat, im Zweifelsfall die verrückten Japaner. Auch wenn ein Amerikaner mit einem Setup erfolgreich 500 PS realisiert kann man sich sicher sein dass das bei uns auch funktioniert da der Sprit dort ja viel schlechter ist, Normalbenzin hat dort 86-87 Oktan, Premium hat 91-92.

Ausserdem ist unser Auto ja kein Prototyp mit einzigartiger Technik, fast alle Konzepte die zum Einsatz kommen wurden bei anderen, vor allem natürlich japanischen Fahrzeugen in den 90'er Jahren auch eingesetzt. Dazu kommt noch dass unser Motor einer der robustesten und erfolgreichsten Motoren aus Japan überhaupt ist.

Ich geb dir recht dass bei bestimmten Dingen Vorsicht geboten ist und früher oder später auch der Fachmann ran muss, wenn man sicher aber im Gegensatz anschaut was auch unter moderaten Modifikationen aus Autos wie unserem rauszuholen ist und was der verleichbare Porsche / Ferrari / (irgendein teuer bezahlter Markenname deiner Wahl) so kostet dann ist es mir auf jeden Fall den Versuch wert.

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Beitrag von SteirAIR » 24. Okt 2007 09:07

Tiberius hat geschrieben:Was man nicht vergessen darf ist dass fast alles was man mit dem 3000GT machen will schonmal irgendeiner auf der Welt gemacht hat, im Zweifelsfall die verrückten Japaner. Ausserdem ist unser Auto ja kein Prototyp mit einzigartiger Technik, fast alle Konzepte die zum Einsatz kommen wurden bei anderen, vor allem natürlich japanischen Fahrzeugen in den 90'er Jahren auch eingesetzt. Dazu kommt noch dass unser Motor einer der robustesten und erfolgreichsten Motoren aus Japan überhaupt ist.

Ich geb dir recht dass bei bestimmten Dingen Vorsicht geboten ist und früher oder später auch der Fachmann ran muss, wenn man sicher aber im Gegensatz anschaut was auch unter moderaten Modifikationen aus Autos wie unserem rauszuholen ist und was der verleichbare Porsche / Ferrari / (irgendein teuer bezahlter Markenname deiner Wahl) so kostet dann ist es mir auf jeden Fall den Versuch wert.
Sehe ich auch so. Bei mir ist es ja überhaupt so das ich mit meinem
GT vielleicht 2000KM im Jahr fahre. Für mich und meine Firma ist
er ja mehr ein Herzeigeprojekt. Zwischendurch ein bisserl Gas geben
passt halt auch. Basteln sowieso. Alltagstauglich ist bei mir nicht so
das Thema.

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Re: Elektronisches Tuning: Gemischmanagement

Beitrag von sbrunthaler » 2. Jul 2011 13:30

Also, das MegaSquirt ist wirklich nur was für Profis, die zum Guru werden wollen und ein paar Versuchsobjekte zur Verfügung haben, wo es nicht so darauf ankommt. Und jede Menge Zeit...

Grüsse,
Stefan B.

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Re: Elektronisches Tuning: Gemischmanagement

Beitrag von Tiberius » 2. Jul 2011 23:41

Aus diesem Grund hab ich mich entschlossen erstmal zu versuchen mein altes Motorrad von Vergaser auf Einspritzung umzubauen und zwar mit Microsquirt, sozusagen die Kompaktversion von Megasquirt.
Je nachdem wie das ausgeht überleg ich mir ob ichs auch am GT mal versuche. Aber grundsätzlich immer mit der Option, wieder die Serien-ECU dranstecken zu können.

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Re: Elektronisches Tuning: Gemischmanagement

Beitrag von sbrunthaler » 11. Okt 2014 20:24

Da gibt es jetzt was Neues ....

http://tinyurl.com/pfoehm5

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