Bosch K-Jetronic Hardy Mutschler

So funktioniert die Bosch K-Jetronic

Mechanische Einspritzung K-Jetronic

Die Bosch K-Jetronic arbeitet in Golf GTI, Porsche 911 und Mercedes S-Klasse. Doch wie funktioniert die mechanische Einspritzung und was sind ihre Schwächen?

Die Elektronikabteilung von Bosch hatte die D-Jetronic entwickelt und 1967 auf den Markt gebracht. Kaum war diese in nennenswerten Stückzahlen am Markt, begann die Bosch-Hydraulikabteilung eine andere Einspritzanlage zu entwickeln, die rein hydraulisch funktionierte – ohne Elektronik. Diese Anlage verzichtete auf die Regelung der Einspritzmenge durch die Zeitdauer eines Einspritzimpulses, sondern spritzte fortwährend ein, also kontinuierlich. Daher auch der Name K-Jetronic. Die D- und die später daraus entwickelte L-Jetronic nannte man im Unterschied dazu intermittierende Einspritzung. Konkurrenz belebt das Geschäft – auch wenn sie aus dem gleichen Konzern, aber einer anderen Abteilung stammt.

911, Golf GTI und S-Klasse mit K-Jetronic

Porsche setzte die K-Jetronic ab 1973 in der G-Reihe des 911ers ein. VW brachte damals den Golf GTI mit dieser Einspritzung auf Touren, und Mercedes verwendete sie im mächtigen W116, der S-Klasse, beispielsweise mit dem 6,9-Liter-V8-Motor. In der damals schnellsten Serienlimousine der Welt, dem Mercedes 450 SEL 6.9, sorgte ein mächtiger Achtzylinder mit K-Jetronic für eindrucksvolle Fahrleistungen. Der Motor mit 286 PS und 549 Newtonmetern Drehmoment verhalf dieser „Über-S-Klasse“ zu sportlichen Fahrleistungen und dem Titel als schnellste Limousine der Welt.

Mercedes-Benz W116 450 SEL 6.9
Daimler
Den mächtigen V8 des Mercedes 450 SEL 6.9 versorgt eine K-Jetronic von Bosch.


Die Kraftstoff-Einspritzanlage der 2,8-Liter-, 3,5-Liter- und 4,5-Liter-Einspritzmotoren stellte Mercedes im Winter 1974/75 um. Damit wollte der Stuttgarter Automobilhersteller den mittlerweile auch in den meisten europäischen Ländern verschärften Emissionsgrenzwerten besser entsprechen. Von der elektronisch geregelten Bosch D-Jetronic wechselt man zur neu entwickelten, mechanisch geregelten Bosch K-Jetronic.

K-Jetronic

Zu Beginn der 70er-Jahre wurde von der Firma Bosch ein hydraulisches Kraftstoff-Einspritzsystem entwickelt, das zunächst ohne Elektronik auskam. Durch höhere Umweltschutzauflagen wurden die Anforderungen aber immer höher, sodass mehr elektronische Eingriffe notwendig wurden. Um sparsamer zu fahren, kam zuerst eine Schubabschaltung hinzu. Dazu wurde ein Bypass parallel zum Luftmengenmesser geschaltet, der diesen Umweg im Schubbetrieb öffnete und so keine Luft mehr durch den Luftmengenmesser strömen ließ. Der Luftmengenmesser meldete: „Keine Luft“. Damit wurde die Kraftstoffzufuhr abgestellt. Die Lambda-Regelung wurde zur Abgasreduzierung nebst Drei-Wege-Kat hinzugefügt.

Anlageschema der K-Jetronic

Aufbau der K-Jetronic: Der Weg der Ansaugluft ist mit den blauen Pfeilen markiert. Der Kraftstoff ist gelb markiert.

Der Kraftstoff wird durch eine Elektro-Kraftstoffpumpe (2) angesaugt, über einen Kraftstoffspeicher (3) und einen Kraftstofffilter (4) zum Gemischregler (9) gefördert. Dieser besteht aus den beiden Hauptteilen Kraftstoffmengenteiler (9a) und Luftmengenmesser (10). Der Kraftstoff gelangt dann zu den Einspritzventilen, die sich im Saugrohr befinden (6).

Die zur Verbrennung notwendige Luft wird durch den nicht dargestellten Luftfilter angesaugt und kommt über eine auslenkbare Stauscheibe (10a) des Luftmengenmessers (10), die Drosselklappe, das Saugrohr und die Einlassventile in den Brennraum.

Einspritzventil

Die Einspritzventile der K-Jetronic funktionieren rein mechanisch ab einem Öffnungsdruck von 3,3 bar. Die vom Steuerkolben zugeführte Menge drückt die Ventilnadel mehr oder weniger weit auf und führt zu einem schnarrenden Geräusch. Die Ventilnadel vibriert in ihrem Sitz durch den vorbeiströmenden Kraftstoff. Durch dieses Schnarren werden die Kraftstofftröpfchen kleiner und fein verteilt.

Gemischregler

Der Gemischregler setzt sich aus dem Luftmengenmesser und dem Kraftstoffmengenteiler zusammen. Gemischregler: links die Stauscheibe, rechts der Mengenteiler für einen Motor mit vier Zylindern. Den Luftmengenmesser gibt es in Steigstrom- oder – zur besseren Anpassung an bestimmte Motorkonstruktionen – wie nebenstehend in Fallstromausführung. Je nach angesaugter Luftmenge pro Zeit nimmt die Stauklappe eine bestimmte Stellung ein. Diese wirkt über ein Hebelsystem auf einen Steuerkolben im Mengenteiler.

Luftmengenmesser

Der Luftmengenmesser besteht aus einer Stauscheibe, die durch die Luft nach oben gehoben wird, und einem Trichter, der durch seine Form dazu dient, bei Volllast, den Hebel und damit den Steuerkolben pro zugeführter Luftmenge stärker anzuheben als im mittleren Bereich, dem sogenannten Teillastbereich.

Luftmengenmesser-Prinzip: Je mehr Luft angesaugt wird, desto weiter hebt sich die Stauscheibe.

Die Drosselklappe nimmt drei Positionen ein: Leerlauf schwarz, Teillast grün und Volllast rot. Die Ringfläche um die Stauscheibe ist im Leerlauf klein, bei Teillast größer und bei Volllast am größten. Dadurch hebt die einströmende Luft die Stauscheibe im Trichter an. Die Stauscheibe ist an einem Hebel befestigt, der auf einen Steuerkolben drückt. Dieser Steuerkolben ist für die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzventilen zuständig. Die Kegelform des Lufttrichters besitzt unterschiedliche Bereiche für die verschiedenen Lastzustände.

Kegelkorrektur: Jeder Motor hat für seinen Hubraum und seine Maximaldrehzahl passend einen eigens angepassen Trichter. 1 für Volllast, 2 für Teillast, 3 für Leerlauf.

Kraftstoffmengenteiler

Der Kraftstoffmengenteiler ist wie der Luftmengenmesser ein Teil des Gemischreglers. Er dient zur Dosierung der benötigten Benzinmenge im aktuellen Lastzustand. Er besteht aus einem Steuerkolben, dem Schlitzträger und den Differenzdruckventilen. Eine dünne Metallmembran trennt den oberen vom unteren Bereich des Mengenteilers. In ihr befindet sich auch die Durchflussdrossel für den Steuerdruck. Bei längeren Standzeiten kann sie durch Kondenswasser im Kraftstoff korrodieren. Damit die gesamte Kraftstoff-Einspritzmenge gleichmäßig auf die einzelnen Düsen verteilt wird, besitzt jede Einspritzdüse ein eigenes Differenzdruckventil.

Systemdruckregler

Am Mengenteiler sitzt ein federbelasteter Systemdruckregler, der den Systemdruck konstant auf 4,5 bar hält.

Steuerventil

Der Steuerkolben bewegt sich im Schlitzträger, einem zylindrischen Bauteil, mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von 0,2 mm breiten Öffnungen, den Steuerschlitzen. Je mehr Luft angesaugt wird, desto höher wird der Steuerkolben gedrückt und desto größer ist der Querschnitt, der von den Steuerschlitzen freigegeben wird.

Durch die Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem Druck oberhalb der Membran fließt der Kraftstoff in den oberen Teil des Mengenteilers und von dort in die Steuerventile. Der Steuerkolben besitzt eine Nut, damit der Systemdruck den Steuerkolben nicht bewegt. Der Systemdruck auf die obere und untere Ringfläche kann ihn so nicht verschieben.

Steuerdruck

Oberhalb des Steuerkolbens befindet sich der Steuerdruck. Die-ser wird durch den Warmlaufregler beeinflusst. Er verändert sich in einem Bereich von 0,5 bis 3,7 bar. Sinkt der Steuerdruck, wird er von der gleichen Menge Luft weiter nach oben geschoben. Die Steuerschlitze öffnen sich weiter, und das Gemisch wird fetter.

Der Steuerdruck wird vom Systemdruck abgeleitet. Eine Durchflussdrossel zapft den Systemdruck des Kraftstoffmengenteilers an. Wer eine ausgebaute Membran anschaut und gegen das Licht hält, sieht die Drossel als winzige Bohrung. Allerdings wird üblicherweise der Mengenteiler nicht ohne Not auseinandergenommen.

Differenzdruckventile

Diese Ventile bewirken einen konstanten Druckabfall an den Steuerdrosseln, der Differenzdruck beträgt konstant 0,1 bar. Die Flachsitzventile befinden sich im Mengenteiler. Steigt der Druck oberhalb der Membran, wird die Abflussöffnung erweitert, der Steuerkolben wandert nach oben und es fließt mehr Kraftstoff in Richtung der Differenzdruckventile. Damit funktioniert die Kraftstoffzufuhr proportional und linear zur Bewegung des Steuerkolbens und des Luftmengenmessers – ohne vom Druck beeinflusst zu werden.

Kraftstofffilter

Bei so viel Feinmechanik und -hydraulik, winzigen Schlitzen und ebenso kleinen Drosseln würden sich Verschmutzungen verheerend auf die Funktionsfähigkeit der Anlage auswirken. Deshalb benötigt die Anlage einen Kraftstofffilter.

Drosselklappenventil

Funktion des Drosselklappenventils.

An der Drosselklappenwelle befindet sich eine Kurvenscheibe, die wiederum den Steuerdruck verändert. Dieses Bauteil wurde in den Porsche 911 eingebaut. Bei Leerlauf (linke Abbildung) ist der Öffnungsquerschnitt des Kraftstoffrücklaufs groß. Damit wird das Gemisch fetter.

Im Teillastbereich (mittlere Abbildung) ist der Öffnungsquerschnitt gering, der Steuerdruck hoch und das Gemisch magert ab. Bei Volllast hingegen (rechte Abbildung) ist der Öffnungsquerschnitt groß und damit der Steuerdruck gering. Das Gemisch wird angereichert.

Warmlaufregler

Der Warmlaufregler sorgt für einen kontinuierlich runden Lauf während der Motorerwärmung ab dem Kaltstart. Er ist direkt am Motor befestigt, damit er die Motortemperatur als Steuergröße direkt „fühlt“. Die Bimetallfeder ist beheizt.

Bei kaltem Motor drückt die kalte Bimetallfeder den Federteller der Ventilfeder nach unten. Damit kann die Ventilmembran nach unten ausweichen und der Kraftstoff-Steuerdruck über den Rücklauf abfließen.

Bei warmem Motor biegt sich die Bimetallfeder nach oben. Dadurch kann die Ventilfeder über Stift und Druckstück die Membran gegen den Rücklauf schieben. Der Kraftstoff kann nicht mehr entweichen, und der Steuerdruck steigt.


Der Warmlaufregler beeinflusst den Steuerdruck des Kraftstoffmengenteilers. Bei kaltem Motor wird er gesenkt. Damit kann die gleiche Menge Luft über den Hebel den Steuerkolben weiter nach oben drücken. Die Steuerschlitze sind weiter geöffnet, und die eingespritzte Kraftstoffmenge nimmt zu. Das Gemisch wird angereichert. Manche Warmlaufregler besitzen noch einen zusätzlichen Unterdruckanschluss. Damit wird eine Volllastanreicherung erzielt, indem der Steuerdruck abgesenkt wird.

Bei Volllast zieht der Unterdruck die Volllastmembran nach oben, auf der die Schließfeder des Warmlaufreglers sitzt. Bei Volllast drückt deshalb die innere Feder die Volllastmembran nach unten. Der Saugrohrunterdruck zieht nicht so stark am Unterdruckanschluss wie bei Leerlauf und Teillast. Dadurch kann der Steuerdruck über den Kraftstoffrücklauf entweichen. Er sinkt. Dadurch wiederum wird die Membran nicht mehr so stark gegen das Abflussröhrchen gedrückt, und der Steuerdruck sinkt. Der Steuerkolben gleitet im Schlitzträger weiter nach oben, und dadurch erhöht sich die eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Gemisch wird angereichert.

Prinzip der Schubabschaltung

Im Schubbetrieb wird dem Motor keine Leistung abverlangt, und deshalb braucht er auch keinen Kraftstoff. Deshalb wird die Zufuhr einfach abgestellt. Alle heutigen Autos besitzen Schubabschaltungen. Im Stadtzyklus werden ein paar wenige Prozent Kraftstoff gespart.

Bei der K-Jetronic erfolgt die Abschaltung mittels eines Bypassventils, bei dem die zugeführte Luft einfach um den Luftmengenmesser herumgeführt wird. Er wird sozusagen ausgetrickst. Oberhalb der Leerlaufdrehzahl wird im Schiebebetrieb bei geschlossener Drosselklappe das Luft-Bypassventil (= Schubabschaltventil) geöffnet. Dadurch umströmt die vom Motor angesaugte Luft die Stauscheibe. Diese fällt in die Null-Lage und unterbricht die Kraftstoffeinspritzung. Der Motor erhält während des Schiebebetriebs kein Gemisch, nur Luft.

Gibt der Fahrer wieder Gas, schließt das Luftbypassventil, und die Luft durchströmt wieder den Gemischregler, die Stauscheibe lenkt aus, und die Kraftstoffeinspritzung setzt wieder ein. Die Geschwindigkeitsinformation vom Tacho sorgt dafür, dass die Schubabschaltung erst ab einer Geschwindigkeit oberhalb von 35 km/h arbeitet.

Kaltstartventil

Damit der Motor in kaltem Zustand besser anspringt, besitzt die K-Jetronic ein elektromagnetisches Startventil. Über einen Thermozeitschalter wird es eine kurze Zeit während des Anlassvorgangs über Klemme 50 mit Strom versorgt. Der Thermozeitschalter schaltet je nach Temperatur nach acht bis spätestens 15 Sekunden die Stromzufuhr zum Kaltstartventil aus.

Rollenzellenpumpe

Die Elektro-Kraftstoffpumpe ist eine Rollenzellenpumpe, die vom Kraftstoff durchströmt wird. Sie wird deshalb auch als „nasse“ Pumpe bezeichnet. Um Dampfblasenbildung zu vermeiden, wird mehr Kraftstoff gefördert als verbraucht wird. Der nicht benötigte Kraftstoff wird drucklos zum Tank zurückgeführt.

Druckspeicher

Wenn das Fahrzeug abgestellt wird, ist der Motor noch heiß. Alle Kraftstoff führenden Bauteile wie Warmlaufregler und Einspritzventile nehmen diese Hitze auf. Vor allem bei heißem Wetter könnten sich Dampfblasen bilden, wenn der Kraftstoffdruck abnimmt. Deshalb besitzt die K- Jetronic einen Druckspeicher. Dieser hält den Druck im System, nachdem der Motor abgestellt wurde, über mehrere Minuten aufrecht.

Während des Betriebs dämpft er die Geräusche und Schwankungen im Kraftstoffdruck, die die Rollenzellenpumpe durch ihre pulsierende Förderung unvermeidbar erzeugt.

Entwicklung zur KE-Jetronic

Die ersten Benzineinspritzungen mit kontinuierlicher Einspritzung K-Jetronic kamen ohne Elektronik aus. Eine Weiterentwicklung stellte die mechanisch arbeitende Benzineinspritzung mit Schubabschaltung, die KA-Jetronic dar, die im Zusammenwirken mit der Lambda-Regelung eine elektronischen Einwirkmöglichkeit eröffnete.

Mercedes 190e
Daimler
Im Mercedes 190E kam die weiterentwickelte KE-Jetronic zur Einsatz.

1982 wurde zum ersten Mal die KE-Jetronic im Mercedes-Benz 190 E eingebaut. Sie war eine Weiterentwicklung der K- und der KA-Jetronic. Das hydraulisch-mechanische Grundprinzip der K-Jetronic blieb erhalten. Die Notlaufeigenschaften entsprechen den Eigenschaften einer normalen K-Jetronic. Die in der Praxis notwendigen Korrekturen werden durch elektronische Aufschaltung gesteuert. Dadurch entfällt zum Beispiel der Warmlaufregler der K-Jetronic.

Folgende typische Probleme fielen bei der K-Jetronic auf:

▶ Motortemperatur konnte nicht genau genug erfasst werden
▶ schlechte Gasannahme bei schnellen Lastwechseln während der Warmlaufphase
▶ Schubabschaltung aufwendig
▶ Lambda-Regelung aufwendig.
Diese Probleme führten zur weiterentwickelten KE-Jetronic.

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