Technik: Kennfeld

Kennfelder sind aus moderner Elektronik nicht wegzudenken. Ihren Namen tragen sie zu Recht, denn sie kennen die Antwort auf viele Fragen, die die Funktion eines Motorrads aufwirft, übersetzen dazu die Eingangssignale vieler Sensoren in den richtigen Befehl an die Aggregate. Kennfelder sorgen quasi dafür, dass der Laden läuft. Aber wie? Beginnen wir zum besseren Verständnis mit der kleinen Schwester des Kennfelds, der Kennlinie.

Eine Kennlinie ähnelt einer Kurve in einem Koordinatensystem, zum Beispiel einer bei MOTORRAD abgebildeten Leistungskurve. Anders als diese dient die Kenn­linie aber nicht bloßer Information, sondern als Entscheidungsgrundlage für den Ablauf des Geschehens. Sie erzählt der Elektronik, womit sie auf eingehende Signale zu reagieren hat. Zu theoretisch?

Nehmen wir einen elektronischen Drehzahlmesser: Zunächst sendet ein Sensor bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Signal. Die Elektronik zählt diese Signale und setzt sie in Relation zur Zeit: Das ergibt die Drehzahl pro Minute. Nun die Kennlinie: Im Festdatenspeicher (ROM) fixiert, sagt sie der Elektronik, welcher Output zu dieser Drehzahl passt. Und dieses Ausgangssignal geht an den Drehzahlmesser. Der zeigt dann zum Beispiel einen Balken bis 1500/oder fünf Balken von 4501 bis 5500/min. Die Kennlinie wandelt somit die stetig wachsende Drehzahl in eine stufig ansteigende Darstellung. Bereit für mehr?

Also geht es ab in die dritte Dimension. Angenommen, bei geschlossener Drosselklappe, also Gas zu, soll so viel Sprit in einen Brennraum eingespritzt werden, dass der Motor läuft. Einfache Verhältnisse: Eingangssignal Gasgriff (oder Drosselklappenstellung), Ausgangssignal Spritmenge. Doch da fehlt was, denn noch steht nirgends, bei welcher Drehzahl der Motor gerade läuft. Fahrsituationen mit Nullgas sind für den gesamten Drehzahlbereich eines Motors denkbar, vom simplen Standgas bis zu höchsten Drehzahlen beim überhasteten Herunterschalten. Wie muss die Einspritzmenge aussehen? Man könnte denken, eine Einheit Sprit für 1000 Umdrehungen, fünf für 5000, womit man der zunehmenden Zahl an Verbrennungen Rechnung trüge. Allerdings ändern sich mit zunehmender Drehzahl die Füllungsverhältnisse, zudem spritzen findige Konstrukteure einem bei geschlossenem Gasgriff schnell laufenden Motor gern etwas mehr Sprit ein, damit das Bremsmoment nicht gar so arg ausfällt – Sie wissen schon, Kettenschlagen und so. Oder es wird zur Verbesserung der Abgaswerte im Schiebebetrieb überhaupt nichts mehr eingespritzt. Nach einiger Anstimmungsarbeit kann unsere Nullgaskennlinie ganz schön zackig aussehen und keineswegs geradlinig ansteigen.

Nun fährt kein Motorrad der Welt, ohne dass jemand Gas gäbe. Was tun? Damit der Motor stets wie gewünscht läuft, braucht die Elektronik weitere Kenn­linien für alle Gasgriffstellungen von ganz zu bis zu ganz auf. Dann kann sie im Datenspeicher für alle Kombinationen aus Drehzahl und Gasgriffstellung die passende Spritmenge finden. Und jetzt kommt’s: Diese Masse nötiger Kennlinien bildet zusammen, quasi Scheibe für Scheibe aufgereiht, das Kennfeld. Auf seiner Oberfläche wird die Elektronik für jede Situation fündig. Für jede Gasgriffstellung und jede Drehzahl gibt es einen entsprechenden Einspritzwert. Dabei wird dieser Wert ständig neu hinterfragt, weil sich der Zustand dauernd ändert.

Sie ahnen schon, welcher Abstimmungs-Marathon vor einem Kennfeld steht. Noch viel aufwendiger wird es, wenn man bedenkt, dass die wenigsten Manöver am Motorrad mit konstantem Gas oder fixierter Drehzahl funktionieren. Beim harten Beschleunigen muss beispielsweise mehr eingespritzt werden. Und zwar umso mehr, je schneller der Pilot den Gasgriff aufreißt. Folglich gibt es nur durch penible Abstimmarbeit die richtige Spritmenge für optimale Motorleistung, Abgaswerte, geringsten Verbrauch und sanfte Lastwechsel. Ein Vergaser wäre hier klar überfordert.

Die Einspritzregelung nutzt noch weitere Eingangssignale wie Motor- und Umgebungstemperatur, Luftdruck oder den Lambdawert des Abgases zur Feinabstimmung. Zusätzlich sind die vielen Kennfelder für den richtigen Zündzeitpunkt abgelegt. Diese im Steuergerät hinterlegte Programmierung wird auch als Mapping bezeichnet. Alles möglich dank beinahe unbeschränkter Rechnerleistungen, übrigens ganz ähnlich der menschlichen Entscheidungsfindung im Gehirn. Und damit – jetzt wird‘s mythisch – verkörpern die Kennfel­der einen alten Bekannten: den Geist in der Maschine.

Glossar

Eingangssignal Verschiedene Sensoren am Motorrad messen kontinuierlich Zustände und senden diese an die Elektronik (Tem­peraturen, Drehzahl, Abgaszusammensetzung, Gasgriffstellung, Drücke usw.).

Ausgangssignal Die Elektronik am Motorrad kombiniert verschiedene Eingangs­signale zu einer Situation. In ihrem Fest­speicher sucht sie nach der Handlung, die sie aufgrund der Situationen ausführen soll. Die Antworten auf diese Fragen (Einspritzmenge, Zündzeitpunkt, Bremsdruck usw.) findet sie in den Kennfeldern.

ROM Abkürzung für »Read only Memory«, die Bezeichnung für einen fest, also unveränderbar programmierten Speicher. Am Motorrad sind im ROM unter anderem die verschiedenen Kennlinien fixiert.