"Tuning" R1100GS



Überblick

Auf dieser Seite ist ein Eingriff in die Motorsteuerung mittels eines Geräts mit dem schönen Namen "BMW-AF-XIED" beschrieben.
Dies ist ein behutsamer Ansatz, um der 1100er und der 1150er, aber wohl auch der 1200er Generation etwas mehr Pep zu verleihen.


Motivation: was gibt es zu verbessern?

Eingriff in die Motorsteuerung: "BMW-AF-XIED"


Hintergrundinfos: das Motor-Management-System der 11xxer BMW

Motronic 2.2

  • Was ist der Input? Über verschiedene Meßfühler werden erfaßt:
    • Temperatur der angesaugten Luft: im Luftfilterdeckel
    • Signal der Lambdasonde: mißt Rest-Sauerstoffgehalt des Abgases
    • Temperatur des Motoröls: als Indiz für die Motortemperatur - wird noch eine Anreicherung des Gemischs benötigt, oder ist er warm?
    • Drehzahl: der Hallgeber an der Kurbelwelle
    • Drosselklappe ("Gas"): ein Winkelgeber an der linken Drosselklappe, er erfaßt, wieviel Last dem Motor abverlangt wird. (Bei Automotoren wird zusätzlich oft noch der Unterdruck im Saugrohr erfaßt - hier nicht.)
    • barometrischer Umgebungs-Luftdruck: im Motronic-Gehäuse
    • (noch kein Klopfsensor - der kam erst mit der 1200er)
  • Inhalt - "was ist drin in der Dampfmaschin'?"
    • zunächst mal sind diverse Kennfelder im ROM (Festspeicher) abgelegt: für Zündzeitpunkt und Einspritzzeit (hier 2 Beispiele von anderen Motorsteuerungen)


"Stelle mer uns mal janz dumm. Also wat iss' ene Dampfmaschin'? Dat issene Ding mit 2 Löschern - eins wo was reingeht, und eins wo der Dampf rauskommt. Und was in der Mitte ist - dat kriejen wir nächstes Mal."

 

Die Lambda-Regelung

  • Bestandteile:
    • Sensor: Lambda-Sonde (ein paar Details unten)
    • Aktor: Motronic bzw. die Stellglieder Zündung und Einspritzzeit
    • "nebenbei" noch der Katalysator: er ist nicht funktionaler Teil des Regelkreises, sondern er soll nur möglichst optimale Arbeitsbedingungen erhalten.
  • Zweck des Lambda-Regelkreises: möglichst geringe Emissionen bei möglichst optimaler Leistungsentfaltung
    • geringstmögliche Emissionen bei Lambda=1 oder AFR=14,7 (1 kg Benzin verbrennen mit 14,7 kg Luft "vollständig")
      • Ist Lambda= 1, so gilt das Verhältnis als "stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis". Das ist der Fall, wenn alle Brennstoff-Moleküle vollständig mit dem Luftsauerstoff reagieren, ohne dass Sauerstoff fehlt oder unverbrannter Sauerstoff übrig bleibt (bitte dies in Wikipedia nachlesen).
      • bei Lambda=1 findet der Katalysator optimale Arbeitsbedingungen vor, und kann das Abgas optimal aufbereiten
    • minimaler Verbrauch: bei Lambda=1,05 (AFR 15,4), also bei Luft-Überschuß. Aber hier fühlt sich der Kat nicht mehr 100% wohl.
      • Die Älteren unter uns können sich noch an die Einführung der Katalysatoren erinnern: damals wurde argumentiert, daß der Verbrauch ansteigt, und das könne ja wohl nicht der Sinn dieses neuen Themas "Umweltschutz" sein...
      • Das mit der Steigerung des Verbrauchs stimmt demnach schon - allerdings: welcher Käfer war denn damals auf 1,05/15,4 abgestimmt...?
  • die bestmögliche Leistungsentfaltung ist hingegen meist bei einem fetteren Gemisch, denn eine chemisch vollständige Verbrennung ist unter den Realbedingungen eines schnelldrehenden Motors bei Lambda=1 kaum möglich, sondern bei Werten von Lambda<1, also etwa 0,9 oder AFR=13,2 (oder sogar noch fetter)
  • diese Ziele bilden einen klassischen Zielkonflikt!
  • Genau hier setzt das Gerät "BMW AF XIED" ein.

Leistungsgrenzen

Überblick "open ⬄ closed loop"

Parameter 🡫 open loop Modus
Lambda-Regelung inaktiv
closed loop
Lambda-Regelung aktiv
Motor-Temperatur kalt warm
Gas-Betätigung in Bewegung ruhige Gashand
Lastzustand Vollast / Vollgas Teillast
Drehzahlbereich über ca. 4000 U/min* 2000-4000 U/min

*: nicht immer

Lambda-Regelung ist nicht aktiv bei sich änderndem Drosselklappenwinkel:

Die Lambda-Regelung ist vor allem aktiv im Drehzahlbereich von 2000-4000 /min::

Lambda-Regelung und Vollast?

Die Lambda-Regelung setzt erst ein bei (halbwegs) warmem Motor:

Ist die Motronic 2.2 lernfähig??

Anpassung des "open loop"-Modus durch "Lernen"

Lernen? Nur mit Lambdasonde!

Einer, der es wissen sollte......

Wie lange dauert das "Lernen"?

Lambda-Sonde

  • Spannungs-Sprung bei Lambda=1:
    • genau dort ist er ca. 400 mV
    • etwas fetter, und der Wert steigt auf 750 mV
    • etwas magerer, und der Wert fällt auf 150 mV.
  • Hier kann man sich leicht vorstellen, wie dieses Signal dann zur Regelung umgesetzt wird.
  • Dieses Hin- und Herspringen zwischen 0,8 und 0,15 V kann man übrigens messen, und so prüfen, ob die Lambdasonde bzw. die Regelung korrekt arbeitet.
    • (angenommen das Gemisch / Lambda selbst liegt in diesem Bereich
      • und ist nicht hoffnungslos überfettet
      • oder zu mager - aber dann geht der Motor vermutlich aus)
    • Messung bei warmem Motor
    • abgreifen kann man die Spannung am Stecker der Lambdasonde (diese natürlich gesteckt lassen!) am schwarzen Kabel, gegen Masse.
    • am besten mit einem analogen Multimeter, digitale Anzeigen könnten zu langsam sein (ging bei mir aber auch)
    • die Spannung wechselt etwa im Halb- oder Sekundentakt.
  • dieses Verhalten an der "fetten" Seite ist jedoch etwas davon abhängig, wie heiß die Abgase sind:
    • je höher die Abgastemperatur, umso geringer ist dieser Sprung ins Positive
    • 400° Unterschied in der Temperatur bewirken einen Spannungs-Unterschied von knapp 150 mV
  • diese zunächst unerwünscht erscheinende Eigenschaft ist in der Realiät aber gar nicht so unpraktisch:
    • so erhält ein Motor, der gerade heiße Abgase produziert, etwas mehr eingespritzt, bevor die Sonde "es ist genug jetzt!" meldet
    • das bedeutet eine Anreicherung im Volllast-Bereich!
  • Rogers Messungen legen nahe, daß die Lambda-Sonde der 1150er diesen Effekt ausgeprägter aufweist wie die der 1100er. (Nein, die Sonden sind nicht ohne weiteres austauschbar.)
  • Vermutlich sind aber die beiden Motronicen 2.2 und 2.4 genau darauf ausgelegt, und "kennen ihre Pappenheimer".

Verkabelung

 


"Little black box" - BMW-AF-XIED

Händler

Zur Grundidee des "BMW-AF-XIED": was tut diese kleine Box?

Installation (1100er)

  • Ich habe mit handelsüblichen Rundsteckern und einem kurzen Zwischenstück gearbeitet:
    • das Zwischenstück (hier blau) ist ein Y, es wird mit 2 Enden in das durchtrennte weiße Kabel* eingesetzt, und bedient das rote Kabel des AF-XIED. dies ist die +12V Spannungsversorgung, die von der Heizspannung der Lambdasonde abgegriffen wird. Diesen Abgriff vom weißen Kabel könnte man auch extrem flott mit einem "Stromdieb" machen, aber sowas kommt mir nicht an meinen Kabelbaum.
    • dann das druchtrennte schwarze Kabel (führt das Lambdasondensignal) so verbinden, wie es oben der Schaltplan zeigt.
    • ... und NICHT so, wie es aufmerksame Betrachter in dem Foto sehen: ich hatte hier zuerst den Eingang zum AF-XIED ans blaue, anstatt ans blau-weiße angeschlossen - und mich dann zunächst sehr über eigenartige Ergebnisse gewundert...
  • der Vorteil mit diesen Rundsteckern ist, daß ich irgendwann das ganze einfach wieder rückbauen könnte. Beim Verwenden von Stecker und Buchse einfach etwas überlegen, so daß die Anschlüsse unverwechselbar sind.
* aufpassen muß man übrigens , daß man das richtige der 2 weißen Kabel erwischt. Es ist Nr. 4. Dazu die Gummitülle des Steckers etwas zurückrollen.

 

 

  • Perfektionisten können hier natürlich noch viel schickere Lösungen bauen.

 

 

  • hier links sieht man dann die Verlegung der Kabel: das Lambdasonden-Kabel ist wieder am Rahmen befestigt, und das AF-XIED-Kabel geht nach oben über den Luftfilterdeckel.

Installation 1150er

  • für die 1150er wird ein "plug and play" Kabelbaum geliefert, weil die 1150er nicht die spezielle Steckerverbindung an der Lambdasonde hat, wie sie die 1100er noch besitzt.
  • Hier ist die Sache also ruckzuck erledigt. Steckverbindung Lambdasonde / Motronic trennen 🡪 2 Stecker des Geräts einstecken 🡪 Kabel verlegen, Gerät auf Luftfilterkasten ablegen 🡪 fertig.

 

Auswirkungen

Verschiedene Ausgangspunkte der GS/R ⬄ RS/RT und 1100 ⬄ 1150

Einstellbare Wirkung - jeder wie er will

Lambda

+% enrichment

AFR

Setting

Blinks
(@Start)

Measured AFR
(during operation)

orig. docu.

Roger: “new" sensor

Roger: “old” sensor

1.000

0,00%

14.7

 

 

1

Yellow

0.993

0,70%

14.6

 

 

2

No Lights

(means: oscillating between yellow and green)

0.986

1,40%

14.5

 

 

3

0.980

2,00%

14.4

 

 

4

0.973

2,70%

14.3

14.45

 

5

0.966

3,40%

14.2

14.3

14.1

6

0.959

4,10%

14.1

14.1

13.8

7

Green

0.946

5,40%

14.0

13.8

13.5

8

Green

0.939

6,10%

13.8

 

 

9

Yellow & Green (?)

0.925

7,50%

13.6

 

 

10

Yellow & Green (?)

0.918

8,20%

13.5

 

 

11

Yellow & Green (?)

Leerlauf

Lernen der Motronic - fühlbar

Ansprechverhalten und Konstantfahrruckeln

Bedeutung dieser Kurven:

Klingeln

Verbrauch

Die LED-Kontrollanzeige

Fazit

Andere Möglichkeiten zur Beeinflussung des Gemischs

Alternative "PowerCommander" und ähnliche Produkte

Auszüge daraus zum PowerCommander

Performance Controller

Rapid Bike

Alternative "Breitbandsonde und LC-1 Controller"

Alternative "Lufttemperatur-Sensor"

Alternative "Einspritzdruck erhöhen"

Man kann diesen einstellbaren Druckregler „in Reihe“ mit dem originalen schalten, das minimiert den Einbau-Aufwand.
     

Einspritzdüsen

R1100 GS fuel injector is 0 280 150 784 injector Volvo 2.4L Turbo / Porsche 911 3.6L is 0 280 150 785 Audi S2 2.2L Turbo is 0 280 150 737