Eind jaren tachtig deed het injectiesysteem z’n intrede in de autoindustrie. Voor die tijd werd er al driftig mee geëxperimenteerd in de autosport. Dit waren mechanisch gestuurde injectiesysteem. Deze systemen kwamen we ook tegen bij Alfa Romeo. De bekendste zijn de Amerikaanse uitvoeringen van de oude Spider en Montreal. Het Duitse bedrijf Bosch liep voorop bij de ontwikkeling van benzine injectiesystemen.

Het eerste mechanisch/hydraulisch gestuurde injectiesysteem was het K-jetronic systeem van Bosch. De injectoren spoten continu in voor de inlaatkleppen. Een elektronische evolutie van dit systeem kwam iets later. De KE-jetronic. De ontwikkeling ging door wat leidde tot het L-jetronic systeem. Dit systeem spoot de brandstof pulserend in en maakte gebruik van een zogenaamde luchtweger. Een uitbreiding hierop was het L3-, LE, LU, en LH-jetronic systeem. Voor kleinere motoren werd het mono-jetronic systeem ontwikkeld. Slechts een injector voor de gasklep. Alle voorgaande systemen hadden nog een aparte regeling voor de ontsteking. Dan wel mechanisch/pneumatisch dan wel elektronisch. Het kon natuurlijk niet uitblijven om de twee belangrijkste inrichtingen van de benzine motor te verenigen in een elektronisch systeem. Zo ontstond het Motronic injectiesysteem. Zowel de ontsteking als de inspuiting wordt in een regeleenheid (ECU, Elektronic Control Unit) geregeld.

Omstreeks 1984 maakte de Alfa Romeo produktie auto’ss voor het eerst kennis met het Bosch Motronic injectiesysteem in de Alfetta 2.0 Motronic. Even later volgde de 90 2.0 Motronic en even daarna was het systeem op vrijwel alle Alfa Romeo’s terug te vinden. Dit artikel gaat over het Bosch Motronic systeem. Hoe berekent het systeem z’n inspuittijd en voorontsteking? Welke sensoren worden er toegepast en op welke wijze zorgen die voor de correcties? Hierbij wordt steeds het oudste en nieuwste Motronic systeem met elkaar vergeleken.

Het Bosch Motronic injectiesysteem heeft zich door de jaren heen flink ontwikkeld. Hier volgt een overzicht van de functies van het Motronic ML 4.1 systeem welke o.a. terug te vinden is op de Alfetta 2.0 Motronic uit 1984.

• Regelen van de benzine inspuiting.
• Regelen van de voorontsteking.
• Regeling van de koude start en warmloopfase.
• Regeling van de verrijking tijdens accelereren.
• Regelen van het stationair toerental.
• Begrenzen van het maximum toerental.
• Onderbreking van de inspuiting van afremmen op de motor.
• Verstelling van de inlaatnokkenas.
• Zelfdiagnose.
• Aansturing toerenteller.

Inmiddels zijn er heel wat uitbreidingen op gekomen. De volgende functies zijn eraan toegevoegd bij het Motronic ME7.3 systeem welke o.a. op de 147 Selespeed is gemonteerd.

• Elektronisch gestuurde gasklep.
• Regeling van de uitlaatgasemissies.
• Verstelling van inlaatlengte verstellingsmechanisme.
• Opvangen/afvoeren benzinedamp.
• Aansturing airco compressor.
• Aansturing motorkoelvin.
• Verbinding met automatische versnellingsbak/selespeed.
• Verbinding met startonderbreker of alarmsysteem.
• Zelfaanpassing vermogen.
• Verbinding met diagnose apparatuur.

Om alle bovenstaande functies te regelen heeft het Motronic systeem een aantal sensoren nodig. Voor het Motronic ML 4.1:

• Toerentalsensor.
• Luchtquantummeter.
• Motortemperatuurzender.
• Luchttemperatuurzender.
• Nullast gasklepschakelaar.
• Vollast gasklepschakelaar.

In de loop der jaren is het aantal sensoren ook uitgebreid. Het ME7.3 systeem heeft als extra:

• Lambdasonde.
• Nokkenas fasesensor.
• Snelheidssensor.
• Gaskleppotentiometer i.p.v. schakelaars.
• Gaspedaalpotentiometer i.p.v. schakelaars.
• Pingelsensor.
• Airconditioning druksensor.
• Rempedaalschakelaar.
• Koppelingspedaalschakelaar.
• Schokschakelaar.

Naast sensoren zijn er ook actuatoren, door het systeem aangestuurde componenten. Weer dezelfde splitsing:

• Brandstofinjectoren.
• 1 Bobine met verdeler.
• Brandstofpomp.
• Nokkenasversteller.
• Stationair toerentalregelaar.

ME 7.3 systeem:

• Elektronisch gestuurde gasklep.
• Elektronisch gestuurde lambdasonde
• voorverwarming.
• Per cilinder een bobine, verdelerloos.
• Uitlaatgas recirculatieklep.
• Actuator inlaatlengte versteller.
• Geïntegreerde startonderbreker.
• Cruise control.
• Anti slip regeling.
• Sport throttle response.

Hoe komt het systeem nou aan zijn inspuittijd en voorontsteking, de twee allerbelangrijkste taken?

Voordat ik dat punt voor punt ga toelichten is het eerst belangrijk te weten dat alle waarden zijn opgeslagen in een programmeerbaar geheugen, de EPROM genaamd. Dit staat voor Erasable Programmable Read Only Memory. In de loop der jaren heeft ook dit zich ontwikkeld. In de laatste systemen zitten zogenaamde FLASH geheugens die van buiten de ECU geprogrammeerd kunnen worden. Echter de vorm waarin alle waarden zijn geprogrammeerd is gelijk gebleven, in kenlijnen en kenvelden. Oftewel 2- en 3-dimensionale grafieken.

Hierboven is een grafische voorstelling van zo’n kenveld te zien. Op de X- en Y-as staan steeds de waarden van de sensoren (toerental, watertemperatuur enz.). Op de Z-as de aangestuurde waarde voor de actuatoren. Er zijn ook omrekentabellen aanwezig. Hierbij wordt de uitkomst (Z-as) weer gebruikt voor een X- of Y-as. Bij elkaar zitten er zo’n 150 grafieken opgeslagen in een gemiddeld Motronic systeem.

In het nu volgende deel gaan we uit van het Motronic ML 4.1 systeem. Daarna wordt het nieuwste ME 7.3 systeem behandeld.

Berekening van de inspuittijd
Aan de hand van de luchthoeveelheidsmeter (links boven op de foto) en het toerental bepaalt de ECU de zogenaamde basisinspuittijd. Deze basisinspuittijd geldt ook direct als mate van belasting van de motor. De belasting is een grootheid die in vele andere kenvelden weer gebruikt wordt als ingangsparameter. Wanneer de basisinspuittijd is bepaald volgen er een aantal correcties om uiteindelijk aan de werkelijk aangestuurde tijd voor de injector te komen. Deze worden hieronder stuk voor stuk besproken.

Accu(boord)spanning
Hoe lager de accu(boord)spanning hoe langer het duurt voordat de injector daadwerkelijk open is gegaan. Een injector is een elektromagnetisch component. Het kost dus tijd en elektrisch vermogen om deze te openen. Als de injector eenmaal open staat vernevelt hij de brandstof. Het sluiten kost ook tijd, waar ook rekening mee wordt gehouden.

Koelvloeistoftemperatuur
Deze is met name in de opwarmfase van grote invloed. Hoe kouder de motor hoe meer brandstof er wordt ingespoten.

Inlaattemperatuur
Deze correctie is niet zo groot als de koelvloeistoftemperatuur. Deze is met name belangrijk bij zeer koude starts en de opwarmfase.

Stand van de gasklep
Het 4.1 systeem kent daar drie variaties in. Nullast (gesloten gasklep) of stationair stand, deellast en vollast (volgas). Afhankelijk van de stand wordt een correctiefactor toegepast. Deze kenvelden worden experimenteel vastgelegd. Door alle mogelijk bedrijfsomstandigheden te doorlopen wordt het basisinspuittijd gecorrigeerd tot een reële inspuittijd die een mooi lopende motor oplevert die voldoet aan de gestelde eisen.

Accelereren/decelereren
De inspuiting wordt uiteraard ook aangepast bij acceleratie en deceleratie. Om met de laatste te beginnen spreekt het denk ik voor zich dat de inspuiting wordt onderbroken als men het gaspedaal loslaat. Echter dit moet het ECU wel als zodanig herkennen. Dat doet hij aan de hand van het toerental en de nullastschakelaar. Als deze gesloten is en het toerental is boven een bepaalde waarde dan herkent de ECU dat als afremmen op de motor. Zodra het toerental weer in de buurt komt van de eerder genoemde grens wordt de inspuiting weer gestart om te voorkomen dat de motor afslaat. Dit fenomeen wordt met de term “fuel cut-off” omschreven. Voor de acceleratie geldt iets dergelijks maar dan als het ware precies omgekeerd. De ECU kijkt naar de snelheid waarmee het gaspedaal wordt ingedrukt. Dit doet hij aan de hand van de luchthoeveelheidsmeter.

Voordat ik uitleg hoe dat in zijn werk gaat is het belangrijk te weten hoe de luchthoeveelheidsmeter ongeveer werkt. In de luchthoeveelheidsmeter zit een soort stuwdeur. Door de aangezogen lucht wordt deze deur opengetrokken of geduwd door de aangezogen lucht van de motor. Bij plotseling gas geven zal de luchthoeveelheidsmeter ook plotseling opengaan. De snelheid van het opengaan is een maat voor de acceleratie. In de EPROM is een kenlijn opgenomen waarbij deze snelheid is uitgezet tegen de verrijkingsfactor. Wanneer de snelheid van opengaan nul is wordt er niet meer verrijkt.

Toerenbegrenzer
Het Motronic 4.1 systeem kent twee toerenbegrenzers. Wanneer deze overschreden wordt zal de brandstofinspuiting stop gezet worden. De eerste toerenbegrenzer mag een bepaalde tijd overschreden worden. Wanneer deze tijd verstreken is wordt de inspuiting gestopt. De tweede begrenzer ligt een paar honderd toeren hoger. Wanneer deze overschreden wordt, wordt de inspuiting direct gestopt. Een voorbeeld. De 6300 toerengrens mag gedurende 1.5 seconde overschreden worden. Bij 6600 toeren wordt er direct ingegrepen.

Berekening van de voorontsteking
Voor de bepaling van de voorontsteking gelden eigenlijk vrijwel dezelfde correcties. Aan de hand van het toerental en de luchthoeveelheid wordt als eerste de “aan tijd” van de bobine bepaald, de oplaadtijd van de bobine. Zodra de bobine uitgeschakeld wordt vindt er als gevolg van de inductiewerking van de bobine een vonk plaats. Vervolgens vinden er weer correcties plaats.

Koelvloeistoftemperatuur
Met name in de opwarmfase is deze belangrijk. De ontsteking wordt dan vervroegd bij lagere koelvloeistoftemperatuur.

Inlaattemperatuur
Hier geldt dezelfde correctie als bij de koelvloeistoftemperatuur. Echter is de correctie niet zo groot. Wanneer er zich omstandigheden voordoen waarbij zowel de inlaatluchttemperatuur als de koelvloeistoftemperatuur erg hoge waarden bereiken dan wordt de ontsteking extra verlaat. Dit om pingelen (ongecontroleerde verbranding) van de motor te voorkomen. Deze situatie doet zich bijvoorbeeld voor door met caravan in de zomer een steile helling langzaam op te rijden. Dit betekent wel dat er wat vermogen ingeleverd wordt. Een latere ontsteking betekent namelijk verlies van vermogen.

Gasklepstand
Het systeem kent net als voor de inspuittijd aparte ontstekingskenvelden voor stationairloop, deellast en vollast. Ook deze zijn experimenteel vastgesteld. Men kan hiermee de motor een bepaalde loopcultuur of karakter geven Zoals in een eerder artikel over koppel en vermogen is geschreven bepaald het ontstekingsverloop een groot deel van het beschikbare koppel. Men kan hiermee het karakter van een motor beïnvloeden waarbij er soms concessies worden gedaan t.o.v. het maximaal mogelijk beschikbare koppel Hier ligt het werkgebied van de chiptuner.

Accelereren/decelereren
De ontsteking wordt ook gecorrigeerd wanneer het gaat om accelereren en decelereren. Bij accelereren vindt er een verlating van de ontsteking plaats om de motor makkelijker op toeren te krijgen. Bij decelereren wordt de ontsteking zo aangepast dat de fuel cut-off minder hard inkomt in combinatie met het stopzetten van de inspuiting. Bij automatische versnellingsbakken of Selespeed wordt de ontsteking verstelt om het overschakelen soepeler te laten verlopen.

Naast de regeling van de inspuiting en ontsteking zijn er nog een aantal nevenfuncties.

Regeling stationair toerental
Het stationair toerental wordt geregeld met een omloop rond de gasklep. De hoeveelheid lucht die via dit kanaal rond de gasklep wordt gestuurd wordt geregeld door de ECU met behulp van een elektromagnetische klep. In het geheugen van de ECU staat het stationaire toerental geprogrammeerd. Het stationair toerental is met name afhankelijk van de motortemperatuur. Hoe lager de temperatuur hoe hoger het toerental. Het is een zogenaamd regelsysteem. Als de motor 600 toeren per minuut loopt en in het geheugen staat dat de motor 950 zou moeten draaien, dan wordt de stationair regelaar meer aangestuurd. Er komt dan meer lucht binnen waardoor de motor harder gaat lopen.

Nokkenasversteller
Vanaf bepaalde combinaties van toerentallen en belastingen wordt deze versteld. De verstelling vindt plaats door een elektromagnetisch ventiel te openen die op zijn beurt oliedruk op de nokkenasversteller zet en zodoende verstelt. Wanneer de nokkenasverstelling actief is, worden er weer andere kenvelden gebruikt voor inspuiting en ontsteking.

Zelfdiagnose
Het eerste Motronic systeem kende nauwelijks een zelfdiagnose. Hij kon slechts een beperkt aantal fouten herkennen en weergeven. Dit weergeven gebeurde aan de hand van een knippercode die men kon activeren door twee pennen van de ECU met elkaar door te verbinden. Via een ander pen op de ECU werd dan een lampje aangesloten die een knippercode liet zien. Latere uitvoeringen van het 4.1 systeem werden al snel “slimmer”.

Tot hier zijn alle functies van het eerste Motronic 4.1 systeem besproken. Hieronder volgen een aantal functies die al heel snel volgden in latere versies van het 4.1 systeem.

Lambdaregeling
Vanaf ongeveer 1989 zijn alle Alfa Romeo’s uitgevoerd met een lambdasonde en katalysator.De lambdasonde meet de hoeveelheid zuurstof in de uitlaat en kan zo bepalen of het mengsel rijk (weinig zuurstof) of arm (veel zuurstof) is. De lambdasonde stuurt een spanning uit die ligt tussen de 0 en 1 volt. 450 mV (0.45 V) betekent een perfect mengsel, niet rijk, niet arm. Spanning lager dan 450 mV betekent een arm mengsel, boven de 450 mV betekent een rijk mengsel. Een goed functionerende lambdasonde betekent een signaal wat continu varieert tussen 100 en 800 mV. Dit is nodig om de katalysator goed te laten functioneren en zo schone uitlaatgassen te krijgen. Wanneer het mengsel te lang te rijk is wordt de inspuittijd aangepast en dus verkort. Wanneer het mengsel te lang te arm is, wordt de inspuittijd verlengd. Daarnaast zijn er diverse kenvelden die aangeven binnen welke grenzen van belasting en toerental deze lambdacorrectie moet plaats vinden. Bij vollast vindt er bijvoorbeeld geen regeling en dus correctie meer plaats.

Brandstofdampafzuiging
Samen met de introductie van de lambdasonde werd ook het opvangen van brandstofdampen uit de brandstoftank verplicht gesteld. Deze worden opgevangen in een filter. Dit filterelement absorbeert als een soort spons de dampen. Een elektrisch gestuurd klepje maakt een verbinding tussen het inlaatspruitstuk en het filter. Onder vooraf geprogrammeerde omstandigheden wordt het klepje bediend zodat het filter weer leeg gezogen wordt door de onderdruk die in het inlaatspruitstuk heerst als gevolg van het draaien van de motor.

Zoals in de inleiding gelezen kon worden, is het nieuwste Motronic systeem sterk uitgebreid. Hier volgen een aantal uitbreidingen.

Lambdaregeling
Het nieuwste Motronic ME7.3 systeem is een zogenaamd Fase 3 systeem. Dat wil zeggen dat het mengsel na de katalysator ook wordt gecontroleerd met behulp van een tweede lambdasonde. Een katalysator zet de uitlaatgassen zo om dat de sonde een spanning moet afgeven van ongeveer 500 mV. Wanneer dit afwijkt is de katalysator defect. Vroeger zat er slechts een lambdasonde in de uitlaat. Tegenwoordig kunnen dat er 4 zijn. Bijvoorbeeld bij de 156 V6. Deze heeft per bank twee lambdasondes. Een voor en een na iedere katalysator (een 156 V6 heeft per bank een katalysator). Een ander verschil is de sturing van de voorverwarming van de lambdasonde. Een lambdasonde werkt vanaf een temperatuur van zo’n 300 graden. In de lambdasonde zit een verwarmingselement. Vroeger werd de voorverwarming continu aangestuurd via een relais. Tegenwoordig wordt de voorverwarming vanuit de ECU aangestuurd. Op die manier is ook de mate van voorverwarming te beïnvloeden en daarmee de snelheid van regelen.

Sequentiële inspuiting en ontsteking
Vroeger hadden we de ouderwetse stroomverdeler met een grote bobine. Deze gaf de ontsteking door aan de bougie die ‘m nodig had. Daarna kwamen de verdelerloze ontstekingen met een bobine per twee cilinders. De bougie vonkte dan twee keer per arbeidsslag. Uiteindelijk werd de nokkenassensor of fasesensor ge&introduceerd samen met 1 bobine per cilinder. Deze herkent wanneer cilinder 1 op ontsteken staat. Zo kon dus heel eenvoudig de juiste bougie aangestuurd worden. Dit had als voordeel dat de ontsteking per cilinder gevarieerd kon worden. Samen met de pingelsensor kan zo iedere cilinder afzonderlijk gecorrigeerd worden wanneer er een pingeling gemeten wordt. ”

Voor de inspuiting geldt hetzelfde verhaal. Eerst allemaal te gelijk waardoor er brandstof voor een inlaatklep stond te “wachten” terwijl die nog niet open was. Daarna werd er twee aan twee ingespoten en nu per cilinder afzonderlijk op precies het juiste moment, vlak voor het openen van de inlaatklep.

Elektronische gasklepsturing
Een volgend groot verschil is de elektronische gestuurde gasklep. Er zit niet langer meer een gaskabel tussen gaspedaal en gasklep maar een potentiometer op het gaspedaal en een stelmotor op de gasklep. Voordeel is nog nauwkeurigere werking. Nadeel is dat je als Alfa liefhebber geen direct kontakt meer hebt met de motor. Meer een psychologische kwestie.

Een cruise control is dan natuurlijk maar een kleine stap. De gasklep wordt uiteindelijk nu door de ECU aangestuurd. De voertuigsnelheid wordt ook gemeten; 1 + 1 = 2. Sport throttle response is een elektronische regeling die de motor op twee manieren laat reageren op het gaspedaal. Of de auto is wat loom, of hij hangt lekker aan het gas. De 166 is hier o.a. als optie mee uitgevoerd.

Anti-slip regeling is ook een elektronische sturing geworden. Deze werkt samen met het ABS systeem. Zodra er slip wordt gedetecteerd (verschil tussen de wielsnelheden) wordt het motorkoppel verkleint door eerst de ontsteking terug te regelen. Als dat niet helpt wordt de gasklep iets dicht gestuurd.

Zelfdiagnose en noodloop
Naast kenlijnen en kenvelden ontstaan er steeds meer zogenaamde diagnose of controle kenlijnen- en velden in de programmatuur van het injectiesysteem. Op deze manier kan de ECU sensoren en regelingen controleren. Een voorbeeld zal dat duidelijker maken.

Aan de hand van het toerental en de gasklepstand kan de ECU een berekening maken voor de hoeveelheid aangezogen lucht. Deze vergelijkt hij met de werkelijke hoeveelheid aangezogen lucht die de ECU meet met de luchthoeveelheidsmeter. Als dit verschil te groot is of als er helemaal geen waarde meer gemeten wordt, zal hij “de schuld geven” aan de luchthoeveelheidsmeter. Om toch nog redelijk normaal te kunnen functioneren gebruikt hij de waarde die uit de berekening is voortgekomen.

Zo bestaan er ook controles op temperatuur sensoren, pingelsensoren, potentiometers, uitlaatgasregelingen enz. enz.. Ook kan het systeem steeds meer gegevens opslaan voor diagnose in de werkplaats. Zo kan er exact gezien worden welke fout zich wanneer en onder welke omstandigheden heeft voorgedaan. Men kan bijvoorbeeld precies zien hoelang en hoeveel de toeren zijn overschreden van de motor, belangrijk bij diagnose stellen aan motorschades. De verwachting is dat het einde nog lang niet in zicht is. Ook de afmetingen van de ECU worden steeds kleiner. Bij het laatste type ECU wordt de afmeting niet meer bepaald door de hoeveelheid elektronica maar door de afmeting van de aansluitstekker.

Laatst bijgewerkt: 2005