Rover-V8/Lucas-ECU: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 18. Februar 2011, 21:42 Uhr

Lucas Einspritzanlagen für den Rover-V8

Es gibt, am Beispiel des RangeRovers insgesamt 4 verschiedene ECU-Systeme. Der RangeRover Classic erhielt zunächst die "4CU" und zuletzt die "14CU" bzw. "14CUx". Mit dem P38-RangeRover wurde die "GEMS" eingeführt, die als wesentlichen Fortschritt eine verteilerlose Zündanlage integriert hatte. Die letzten Baureihen des P38 hatten eine Bosch-Motronic; man erkennt diese Motoren daran, daß sie nicht mehr diesen "Kasten" mittig oben auf dem Motor haben (das "Plenum"-Gehäuse), sondern acht erkennbare, flachliegende Saugrohre. Im Folgenden geht es nur um die Anlage des RangeRover Classic. Die Lucas-Anlagen sind im Grunde baugleich zur Bosch-L-Jetronic. Im Buch von Des Hammill ("How To Power Tune The Rover V8") ist das auch nachzulesen; Lucas hat da unter Lizenz gefertigt. Daher verwundert es vielleicht nicht ganz so sehr, wenn z.B. Sensoren und Düsen mit Standard-Bosch-Steckern bestückt sind. Von Bosch selbst gibt es ein Buch "Ottomotor-Management", in der die Jetronics, aber auch Motronic-Anlagen und Dinge wie Zündkerzen ganz gut beschrieben sind (ISBN 3.528-03877-2). Aus diesen beiden Büchern und Internetlinks (an passender Stelle eingefügt) werden die folgenden Informationen entnommen sein - Ziel ist an dieser STelle, eine ÜBersicht zu geben und nicht den Anspruch auf das Standardnachschlagewerk zu erheben. Es lohnt sich also, den Links zu folgen, weil dort, besonders für die 4CU sehr tiefgehende Daten und Grafiken stecken. Bedeutsam kann das sein, wenn man sich mit Fehlern herumschlagen muß. Die 4CU enstammt immerhin Zeiten, als der Commodore C64 noch nicht verkauft wurde und damals war die Haltbarkeit elektr. Bausteine noch nicht ganz so gut, wie heute.

Allgemeines für Lucas-4CU und 14CU und 14-CUx:

Logischerweise benötigt der Motor ein Kraftstoff-Luftgemisch, ergo sind Benzin und Luft die beiden Dinge, die eine ECU interessieren.

Kraftstoffsystem:

Beim RangeRover sitzt eine Benzinpumpe im Tank, bzw. sie ist von oben in den Tank eingelassen, der Pumpenkörper befindet sich am Tankdach und über ein Steigrohr wird angesaugt. An der untersten STelle ist ein Drahtnetz als Grobfilter. Die Benzinpumpe ist darauf ausgelegt, dauerhaft 5bar Druck zu erzeugen. Dieser Druck wird im System aber nie zustandekommen, denn ein "hinter" den Einspritzdüsen liegender Druckregler beschränkt den Druck auf 2,5bar. Die Benzinpumpe stellt in allen Lebenslagen sicher, diesen Druck zu erzeugen - unabhängig von Schwankungen im Bedarf und Stromspannungsvarianzen. Das ist durchaus wichtig, weil so die Einspritzdüsen vorhersehbare Mengen einspritzen können.

Hinter der Spritpumpe fließt das Benzin als nächstes durch den Benzinfilter.

Über die Benzinleitung kommt das Benzin dann am Fuel-Rail des Motors an. Das FuelRail ist ein Rohrbogen, geformt wie ein nicht ganz geschlossenes "O". und an beiden langen Seiten sind die Einspritzdüsen befestigt. Auf einer Seite ("Eingang") des Rohres wird der Kraftstoff zu den Düsen gedrückt und, am anderen Ende ("Ausgang"), hinter den Düsen sitzt der Druckregler. Der "Überdruck an Benzin", der von der Pumpe generiert wurde, fließt zurück zum Tank. Weil die Pumpe eben Überschuß leistet, ist dieser Rückstrom ein ständiger. Das sorgt für eine Kühlung des Benzins bzw. Benzin wird im FuelRail nicht lange genug verweilen, um Dampfblasen zu bilden. Üblicherweise (ich schätze auch bei der 4CU) wird die Spritpumpe nach Einschalten der Zündung schon anlaufen, um Druck im FuelRail aufzubauen (und ggf. Gasblasen weiterzutransportieren), damit der Motor gut anspringen mag. (Ob die Pumpe dann wieder abgeschaltet wird, wenn der Motor nach wenigen Sekunden immer noch nicht angelassen wird, weiß ich bei der 4CU nicht. Sinn würde es jedenfalls machen).

Über den Benzindruckregler ist noch zu sagen, daß er durch eine Membran in zwei Kammern geteilt wird. Eine Feder drückt die Membran gegen den Benzindruck, überschreitet letzterer die eingestellte Kraft der Feder, wird der Rückstromkanal freigegeben und Überdruck des FuelRails zurück in den Tank geleitet. Zu beachten ist, daß die Kammer, in der die Feder arbeitet mit dem Saugrohr verbunden ist. Liegt dort ein Unterdruck an (Leerlauf), wird die Kraft der Feder vermindert. Ist der Saugrohrdruck hoch (Vollast), kann die Feder unbeeinträchtigt arbeiten - das heißt, jetzt wird der Benzindruck etwas höher liegen. Andersrum - beim Leerlauf mit geringem Saugrohrdruck (entspr. hohem Unterdruck) wird der Benzindruck geringer, weil der Rückstrom früher öffnet. Sinn ist auszugleichen, daß eine Düse leichter in einen Unterdruck spritzen kann und so tendenziell mehr einspritzt, als bei hohem Saugrohrdruck. Durch die Saugrohrdruckabhängigkeit des Druckreglers wird dafür gesorgt, daß die Einspritzmenge saurohrdruckunabhängig wird.

Mit dem FuelRail sind, über ein kurzes Stück Schlauch, 8 Einspritzdüsen verbunden. Die Düsen spritzen schräg in den Luftstrom, kurz vor das Einlaßventil ein - jeweils eine pro Zylinder. Das ist recht vorteilhaft, weil - im Gegensatz zu Vergasermodellen - jeder Zylinder zuverlässiger dasgleiche Gemisch erhält und die direkte Zufüllung fördert den Drehmomentverlauf. Die Düsenspitzen sind bei der 4CU mit einem Gummi-O-Ring gegen das Saugrohr abgedichtet; bei der Bosch-Jetronic erfolgt die Fixierung offenbar durch Gummiformteile, um Wärmeübertragung und Gasbasenbildung und Vibrationsbelastung zu minimieren (Beim Rover hier sind es m.W Metallplatten, die jeweils zwei Düsen festklemmen). Bei der 14CU/14CUX sind die Düsen in passende Hülsen am FuelRail geschoben und dichten dort mit einem Gummiring, kleine "U"-förmige Metallklammern helfen, sie darin zu fixieren. Die Einspritzdüsen sind bei der 4CU sogenannte "Low Impedance"-Düsen, bei der 14CU/14CUx "High Impedance". Das bezieht sich auf den elektrischen Widerstand der Magnetventilwicklung im Düsenkörper und hat eine Bedeutung primär nur für die Bauteile im Inneren der ECU, die darauf ausgerichtet sein müssen - denn Low-Impedanzdüsen können nicht mit ganzen 12V betrieben werden. High-Impedance heißt, daß man über die beiden Kontaktpins der Düse einen Widerstand von rund 15Ohm (Varianz von 11-16) und bei Low-Impedance um 3Ohm (<1 bis 5) misst. Um eine ausgebaute High-Impedanz-Düse zu testen kann man ihre beiden Kontaktpins kurz mit 12V Batteriepolen verbinden. Man hört dann ein deutliches "Tick"-Geräusch, wenn der Elektromagnet in der Düse die Nadel abhebt. Die Leerlaufgeräusche übertonen das ansonsten gut vernehmbare Geräusch, aber es hilft bereits, ein Rohr als "Stethoskop"/Hörrohr auf eine Düse zu setzen. Die Düse längere Zeit manuell unter Strom zu setzen ist evtl. nicht gut für sie, im Betrieb ist eine Düse immer "gepulst". Also kein Einspritzvorgang für eine Zylinderbeschickung dauert so lange, daß die Düse bis zur nächsten Aktion nicht eine Weile geschlossen wäre. Das ist auch wichtig, denn es bedeutet, daß die maximale Einspritzmenge nicht ausgeschöpft wird. Leistungssteigerungen weit über die Serienauslegung hinaus können dazu führen, daß der Kraftstoffbedarf dazu führt, daß die Düse bei Vollast tatsächlich permanent geöffnet ist. Ein Problem bestünde hier, wenn der Motor für sicheren Vollastbetrieb (cave: Abmagerung. S."Risse im Block") nun noch mehr Sprit benötigte - aber mehr als permanent geöffnet sein kann die Düse dann nicht mehr. In diesem Fall müsste man sich bei der reichhaltigen Auswahl an Bosch-Einspritzdüsen bedienen und welche mit größerer Durchflußmenge bestellen (s.link) (was das Steuergerät dazu natürlich verarbeiten können müsste). Die Düse für einen 3.5er hat 180ml/min Durchfluß 3.9er hat einen Durchfluß von etwa 190ml/min (bezogen auf Benzin und 20°); vereinzelt schwanken die Angaben dazu im Internet (bis 210ml/min für 3.9er Düsen), denkbar daß Rover verschiedene Düsen verwendete - oder es wurden verschiedene Meßmedien oder Meßdrücke verwendet. Im Allgemeinen liegen die Flußraten der Land/Range-Rover Düsen offenbar aber verdächtig eng beieinander. Mit den Flußraten liegen diese Düsen relativ niedrig, sind also "kleine" Düsen. Vorteilhaft ist das, weil die Mengen im Leerlauf dann dank längerer Pulsdauer besser bemessen werden können; mit dem Nachteil, daß die Düse bei Vollast länger auf sein muß - eben alles Auslegungssache. Sollte der Durchfluß nicht ausreichen, bestünde die Möglichkeit, den Benzindruck mittels anderem Druckregler zu erhöhen. Das Maximum wird hier bei 3,0bar liegen. Wenn eine Düse angesteuert wird, wird die Düsennadel um 0,1mm abgehoben - das reicht, um genug Benzin durchzulassen. Anzugs- und Abfallszeit liegen bei 1,0-1,5ms (in dieser Zeit ist also noch nicht voller Durchfluß da, bzw. findet immer noch welcher statt. Das ist etwas was in der Programmierung vom Steuergerät beachtet werden muß). Im Buch von DesHammil wird von zwei verschiedenen Typen an Düsen gesprochen, solche mit Düsennadel (von denen bisher stets hier die Rede war) und "disc-type" Düsen. Die Unterscheidung ist für den Betrieb nicht so belangvoll. Genaueres findet sich hier.

Ansaugluftwege:

Die Frischluft wird natürlich erst vom Luftfilter gereinigt, hinter dem dann auch gleich der Luftmengenmesser (3.5er) oder später als Weiterentwicklung der Luftmassenmesser (3.9er) liegt. Diese Bauteile sollen messen, wieviel Luft gerade angesaugt wird - um dann die nötige Benzinmenge rechnerisch möglichst gut einzugrenzen.

Der Luftmengenmesser gibt der "L-Jetronic" ("L" = Luft) ihren Namen und arbeitet über eine im Luftstrom liegende, federbelastete Klappe. Die angesaugte Luft prallt gegen diese Klappe und lenkt sie mehr oder weniger weit aus. Diese Auslenkung mißt ein Potentiometer. Wegen dieser Klappe wird dieses System im Englischen auch "Flapper" genannt. Das Potentiometer wird mit maximal 4,5Volt vom Steuergerät beschickt, und bei Leerlauf liegt ein geringer Widerstand über dem Potentiometer an (so daß man über ihm eine hohe Spannung mißt) während bei Vollgas ein hoher Widerstand anliegt (und man nur eine geringe Spannung mißt). Bei Leerlaufstellung wird man eine Spannung von 3,5V messen und bei voll geöffneter Klappe 1,6V. Der Luftmengenmesser ist mit drei Kabeln zur ECU verbunden: ein grünes (Masse), ein rotes (Spannungssignal zur ECU) und ein gelbes (4,5Volt Spannungszufuhr). Es gibt eine Gemischschraube, mit der Luft in einem "Bypass" an der Klappe vorbeigeleitet wird. Damit stellt man das Leerlaufgemisch ein. Ein Problem ist, daß der Mengenmesser mit der Zeit einer Alterung unterliegt und bspl. die Feder oder Schwergängigkeit der beweglichen Teile falsche Signale verursachen können. Man kann den Luftmengenmesser justieren. Dazu müsste man mit Kabeln ein Voltmeter mit ihm verbinden und bei Vollast die Spannung messen. Bei denkbar kältester Ansaugluft sind 1,63Volt anzustreben. Details zur Funktion und Aufbau

Die Luftmengenmessung ist generell eine feine Sache. Das Signal des Luftmengenmessers eilt der Zylinderfüllung etwas voraus, denn bis dorthin ist es ja noch ein Stück, so daß das Gemisch bei Lastwechseln stets passend geregelt werden kann. Zudem werden motorseitige Änderungen wie Verschleiß, Brennraumablagerungen und Ventilsteuerungsveränderungen berücksichtig - so der "Original-Ton" von Bosch. Nun gibt es aber ein Problem: Die Luftdichte kann verschieden sein. Einerseits durch die Temperatur. Dieses Problem ist recht einfach in den Griff zu kriegen - im Luftmassenmesser sitzt eingangs ein Temperatursensor. Daneben aber kann die Luftdichte auch Höhenbedingt schwanken; in den Alpen kann die Luft auch 20° warm sein und dennoch ist die Dichte anders, als an in Nordfriesland. Das kann erst mit einem Luftmassenmesser beherrscht werden. Während also der Luftmengenmesser eher das Volumen mißt, kann der Luftmassenmesser besser die tatsächliche Menge an Sauerstoffatomen bemessen (bei höherer Dichte enthält dieselbe Menge Luft natürlich auch mehr Sauerstoff).

Der Luftmassenmesser wird auch "Hitzdraht"-Luftmassenmesser genannt (es gibt auch einen "Hitzfilm"-Luftmassenmesser, aber nicht in diesem Kontext). Kernbaustück des Luftmassenmessers ist ein 70mikrometer dünner Platindraht, der elektrisch beheizt wird. Und auch hier ist ein Temperatursensor für die Ansaugluft vorhanden. Weil der Draht, wie gesagt, erhitzt wird, sprechen die Engländer gern von "Hotwire" (= heißer Draht) und weil der Hotwire als wesentlichen prinzipiellen Unterschied die Lucas 14CU/CUx von der 4CU abhebt, wird der Ausdruck Hotwire oft als Synonym mit der gesamten Bauanlage des neueren Einspritzsystems vestanden ("Flapper" wäre entsprechend das Synonmy für die 4CU-Anlage).

... to be continued

Lucas-4CU:

Rover führte mit der 4CU die Benzineinspritzung 1985 beim RangeRover ein. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Range ausschließlich den 3,5Liter V8. Zuerst war die Einspritzung den "Vogue"-Modellen vorbehalten, bis sie 11/1986 schließlich alle Varianten des Range bekamen. Die Leistung des Motors stieg vom Vergasermodell mit 125bhp auf 165bhp (bhp = brake horse power) bei jeweils 4000U/min. Das Drehmoment stieg von 185lb/ft auf 206lb/ft. In anderen Fahrzeugen des Rover- bzw. BritishLeyland-Automobilkonzerns wurde diese Einspritzanlage schon früher verwendet; erstmals rund um 1974 - aber eben noch nicht in einem LandRover. Beim Rover-SD1-PKW (1982-1987), Triumph TR8 (1980-81, zuerst für d. US-Markt). Für den Jaguar gab es ähnliche Anlagen als "6CU", "16CU" und weitere Übersicht hier.

... to be continued