(c) Manfred Borgwardt

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Technischer Stand: Modelljahr 2001
Ausgabe 21.2.2002,  Rev. 2/2006 5/2007


Ein neues Leistungsmerkmal bei Volkswagen, Audi & Co
ist die elektrische Drosselklappenverstellung beim Otto-Motor.
Sie wird auch als "elektrische Gasbetätigung" (kurz=E-Gas) bezeichnet
oder als EPC ( Electronic Power Control ).


Es sieht auf den ersten Blick simpel aus:

Statt einer direkten Bowdenzugverbindung zwischen Gaspedal und Drosselklappe gibt es nun einen kleinen Elektromotor an der Drosselklappe, der abhängig von einem Potentiometer am Gaspedal elektrisch gesteuert wird.


Das soll alles sein ??

Soviel Wirbel um EPC und sogar eine eigene Störungslampe !!

Doch dahinter verbirgt sich mehr...
Mit dem folgenden Beitrag möchte ich allen weniger technisch versierten Autofans ein kleines Stück verborgene Technik näher bringen.
Achtung: Dieser Beitrag basiert auf der Funktion des Otto-Motors - gilt aber vom Grundverständnis prinzipiell auch für Dieselmotore, die seit kurzem auch mit E-Gas gefertigt werden. Bei Dieselmotoren ist keine Drosselklappe vorhanden - das Moment wird unter anderem durch Einspritzzeitpunkt und - dauer bestimmt. Die gelbe ECP-Fehlerlampe ist nicht vorhanden. Statt dessen wird im Fehlerfall bei vielen VW-Modellen die bekannte Lampe für Vorglühzeit angesteuert.

 
Bisher: Mechanische Verstellung

Motordrehmoment und Motordrehzahl werden beim Otto-Motor durch die Drosselklappe bestimmt.
Die Drosselklappe wurde bislang direkt und mechanisch über einen Bowdenzug vom Gaspedal betätigt.

Doch immer dann, wenn das Motormanagements z.B. wegen ESP beherzt das Motordrehmoment reduzieren muss, gibt es keine Möglichkeit auf die Stellung der Drosselklappe einzuwirken - der "Gasfuß" ist stets dominant. Ersatzweise muss daher das Motorsteuergerät auf andere Stellgrößen, wie Zündung und Einspritzung zurückgreifen um den Motor zu zwingen, trotz durchgetretenem Gaspedal die gewünschte Rücknahme des Motormomentes zu erreichen.

Eine solche Begrenzung ist aber weder feinfühlig genug noch kann man damit eine echte Momentenregelung für ESP oder ein weiches Schalten beim Automatik erzielen.
.

Neu: Elektrische Verstellung

Bei der elektrischen Drosselklappenverstellung hat das Gaspedal keinen direkten Durchgriff mehr auf die Drosselklappe.

Jetzt hat das Motorsteuergerät endlich den alleinigen und direkten Zugriff auf die Drosselklappe in dem es den elektrischen Stellmotor mit dem Ergebnis der internen Berechnung UND dem Leistungswunsch optimal ansteuert. Das Gaspedal hat nur noch die Aufgabe, den Leistungswunsch des Fahrers mitzuteilen.

Der Vorteil liegt auf der Hand:
Die Stellung der Drosselklappe und damit das Motordrehmoment kann nun feinfühliger und genauer entsprechend den Anforderungen des Fahrens unter Berücksichtigung von Abgasemissionen, Verbrauch und Sicherheit bestimmt werden.

In der Praxis bedeutet das:
Bei unveränderter Gaspedalstellung nimmt der Motor beim Ansprechen der fahrdynamischen Sicherheits- Komponenten wie ESP, ASR usw automatisch das "Gas" von selbst zurück und gibt auch automatisch etwas mehr "Gas" wenn wir z.B. die Klimaanlage oder starke Verbraucher zuschalten.

Allerdings gab es schon ab1995, also vor Einführung des echten E-Gas quasi einen Vorläufer - nämlich die elektromotorisch wirkende Leerlaufregelung. Trotz Bowdenzug für das normale Fahren, gab es serienmäßig schon eine minimale elektrische Verstellung der Drosselklappe im Leerlauf zum Ausgleich von Laständerung wegen z.B. Servolenkung, Heizscheibe, Heiz- u. Klimagerät ..... und der 200W Bassbox .

Und bei Ausstattung mit GRA ab 1998 war diese elektrische Verstellmöglichkeit erweitert worden auf den gesamten Drehzahlbereich. Allerdings nur bei eingeschalteter GRA. Auf einen Entfall des Bowdenzuges für das normale Fahren mochte man sich damals noch nicht entschließen.
Dazu finden Sie im letzten Kapitel weitere Details.

Was gibt es denn da eigentlich zu regeln?

Nun, wir alle wollen nur fahren - machen uns oft keine Gedanken über die vielen notwendigen Eingriffe des Motormanagements im Autoalltag, damit das Fahren ein "rundes und kugeliges" Erlebnis wird.

Dafür muss das Motorsteuergerät Schwerstarbeit leisten:

Es erfasst nicht nur die Gaspedalstellung, sondern sammelt laufend die inneren Drehmomentanforderungen (die das Steuergerät selbst erkennt)
also:
> Kaltstart / Warmstart
> Leerlaufregelung
> Leistungsbegrenzung
> Drehzahlbegrenzung
> Lambda-Regelung

und die äußeren Drehmomentanforderungen (die also von außen signalisiert werden)
also:
> Bremssystem (ESP, ASR, EDS)
> Klima ein/aus
> Schaltzeitpunkt vom Automaticgetriebe
> GRA (Tempomat)
> Momentenschleppregelung (Kein Blockieren bei Schubbetrieb)

und berechnet aus allem ein Soll-Drehmoment.

Im Regelablauf vergleicht nun das Motorsteuergerät laufend Soll-Moment mit Ist-Moment . Weichen beide voneinander ab, errechnet das System einen Regeleingriff bis beide Werte wieder übereinstimmen.

Wie wird nun eingegriffen ?
Nun, es werden 2 Wege beschritten:
> Bei kurzfristigen Eingriffen wird die Verbrennung beeinflusst - durch Zündzeitpunkt und Einspritzzeit.
> bei langfristigen Eingriffen wird die Füllung beeinflusst - durch den Drosselklappenwinkel (aha..) und evtl. den Ladedruck.

 

Das Gaspedalmodul
ermittelt mit seinen Gebern die Pedalstellung und übermittelt ein Signal (1) an das Motorsteuergerät.

Das Motorsteuergerät
erkennt durch die Signalspannungen der Geber (1), wie weit das Gaspedal betätigt wurde. Daraus und weiteren zusätzlichen Drehmomentanforderungen (2) berechnet es das Soll-Motordrehmoment und steuert mit dem Ergebnis den Drosselklappenantrieb (3) an, um die Drosselklappe weiter zu öffnen oder zu schließen.

Die Drosselklappen-Steuereinheit
ist für den erforderlichen Luftmassendurchsatz zuständig. Das Signal vom Motorsteuergerät (3) wird in einen Drehwinkel der Drosselklappe umgesetzt, dessen Stellung zurückgemeldet wird (4).

Die Fehlerlampe für elektrische Gasbetätigung
mit dem Symbol "EPC" zeigt dem Fahrer eine Störung im System der elektrischen Gasbetätigung oder seiner Geber an.  Das Signal für die Lampe (5) wird im Motorsteuergerät erzeugt und ist das Ergebnis einer sehr komplizierten Überwachung, die im nächsten Kapitel erklärt wird.

Zusatzsignale
werden zur Verbesserung der Ausfallsicherheit und zur Abschaltung der GRA im Motorsteuergerät ausgewertet:
- Bremslicht- und Bremspedalschalter
- Kupplungspedalschalter
Daher wird ein Defekt einer dieser Schalter ebenfalls durch die EPC-Lampe angezeigt !

  


 
Elektrik im Auto - eigentlich kein Problem. Wenn ein Glühlämpchen durchbrennt, was solls "Beetle forever", auch wenn die Spiegel heute kalt bleiben.
Aber wenn ich plötzlich den Fuß vom Gas nehme und das Motorsteuergerät möchte dieses natürlich dem Stellmotor der Drosselklappe sofort melden, aber der Befehl kommt dort nicht an, weil das Verbindungskabel oder der Stecker defekt ist......... dann

Deshalb muss eine sichere Überwachung her, die ich Ihnen im Schnelldurchgang erläutere - denn "Sichere Elektronik" ist eine unendliche Geschichte.

Die notwendige Funktionssicherheit wird durch Redundanz wichtiger Bauteile und Funktionen erreicht und durch eine permanente Überwachung, die gestuft nach Fehlerschwere entweder den Fehler notiert und die -Lampe ansteuert oder gar den Motor in einen Notlaufbetrieb abregelt, damit das Auto nur noch mit erhöhter Leerlaufdrehzahl auf einen Parkplatz gefahren werden kann.

Das Motorsteuergerät
besteht aus 2 Steuereinheiten, dem eigentlichen Funktionsrechner ( der die zuvor beschriebene Momentenberechnung durchführt und die Drosselklappe ansteuert) und dem Überwachungsrechner, der den Funktionsrechner ständig kontrolliert. Der Überwachungsrechner vollzieht die gleichen Funktionen anhand eigener Berechnungen und vergleicht damit die Signale des Funktionsrechner auf Plausibilität.
Überwachungs- und Funktionsrechner prüfen sich gegenseitig mit Frage-Antwort-Funktion. Damit der Überwachungsrechner nicht immer ins "Dauernicken" kommt werden absichtlich falsche Antworten eingestreut, die erkannt werden müssen.
Jede falsche Antwort wird im Fehlerspeicher eingetragen. Nach 5 falschen Antworten - oder wenn keine Antwort kommt - wird der Motor abgeschaltet und die -Lampe aktiviert.

Das Gaspedalmodul:
ist mit 2 Gebern zur Erfassung der Gaspedalstellung ausgestattet. Fällt einer von ihnen aus, erfolgt ein Eintrag in den Fehlerspeicher und die Fehlerlampe wird aktiviert.
Der Motor fährt im "Schonprogramm" ohne GRA und mit verzögerter Drehzahlerhöhung. Da die Leerlaufstellung des Gaspedals nicht sicher erkannt werden kann, werden ersatzweise die Bremslicht - u. Bremspedalschalter abgefragt.

Geber für Bremslicht, Bremspedal und Kupplungspedal:
Fällt einer dieser Geber aus, erfolgt ein Eintrag in den Fehlerspeicher und die Fehlerlampe wird aktiviert. Bei Ausfall mehrerer Geber wird aus Gründen der Funktionssicherheit die Drosselklappensteuereinheit nicht mehr angesteuert und über ein Federrückzugsystem in eine Notlaufposition mit erhöhter Leerlaufdrehzahl von 1500 1/min gebracht.
Merke auch: Ein simpler aber häufig vorkommender Defekt z.B. des Bremslichtschalters wird durch signalisiert

Die Drosselklappen-Steuereinheit:
ist mit 2 unabhängigen Gebern für die Rückmeldung des Klappenwinkels ausgestattet. Wird nur 1 Geber gemeldet, erfolgt eine Fehlerspeicherung und - anzeige. Fallen beide Geber aus, so erfolgt keine Ansteuerung mehr vom Motorsteuergerät. Die Folge: Es wird die Notlaufposition mit erhöhter Leerlaufdrehzahl eingenommen.

Die Fehlerlampe EPC
wird immer beim Eintrag eines Fehlers in den Fehlerspeicher aktiviert. Zur Kontrolle der Lampe selbst wird diese für 3 Sekunden nach Einschalten der Zündung angesteuert. Die Lampe ist diagnosefähig - d.h. ein Lampendefekt nach dem Start wird im Fehlerspeicher eingetragen - das hat aber keinen Einfluss auf die Funktion des Motormanagements.

 

Die Geschwindigkeitsregelanlage GRA - heute -

ist besonders einfach zu realisieren, da alle Komponenten von EPC vorhanden sind und benutzt werden.
Wir erinnern uns: GRA ist eine von vielen möglichen externen Drehmomentanforderungen . Dem Motorsteuergerät ist es letztlich egal, ob die Momentenvorgabe vom Gaspedal kommt oder von der GRA. Das Motorsteuergerät muss nur den gewünschten Geschwindigkeitswert erfassen, speichern und ihn mit der aktuellen Fahrgeschwindigkeit vergleichen. Zum Anheben oder Absenken der Drehzahl bedient er sich der bekannten Regelstrecke.

Wie war es denn aber vor Einführung von E-Gas, denn da gab es ja schon GRA ??

Die Geschwindigkeitsregelanlage GRA - damals ab 1997-

Während Ende der 80er Jahre bei AUDI die ersten GRA mit einem eigenen Steuergerät realisiert wurden bei denen die Drosselklappe durch eine Unterdruckdose betätigt wurden, kam mit Einführung des Passat 1997 und beim Golf ab 1998 eine neue Technik zu Einsatz die auf einer elektromotorischen Verstellung der Drosselklappe basierte.

Zu diesem Zweck wurde an das Drosselklappengehäuse (früher sagte man Vergaser dazu ) zusätzlich zum Bowdenzug eine Drosselklappensteuereinheit angeflanscht. Ein kleines Motörchen verstellte ein Zahnradsegment und damit den Winkel der Drosselklappe.

Es war quasi der Vorläufer des heute bekannten und oben beschriebenen Drosselklappen - Moduls. Nur ohne Überwachung. Bei Störungen fiel die GRA einfach aus - damit konnte man leben.



Und so funktionierte es:

Durch Einschalten der GRA bekommt das Motorsteuergerät die Info, dass die momentane Geschwindigkeit gehalten werden soll. Daraufhin wird der Elektromotor (1) für den Drosselklappenantrieb angesteuert und damit die Drosselklappe entsprechend der Fahrgeschwindigkeit geregelt.

Der "Gasfuß" ist nun arbeitslos - der Bowdenzug vom Gaspedal (2) ist in Grundstellung: Die Drosselklappe wird von der "Konkurrenz" (3) gesteuert.
( Ja-Ja, die Elektriker sind schon tolle Leute )

Wird die GRA abgeschaltet oder Bremse / Kupplung betätigt, geht die Drosselklappe in eine neutrale Stellung zurück, bis ihre Winkelstellung nun wieder vom Gaspedal mechanisch übernommen wird. (2)

So war das früher - auch nicht schlecht.

Mit diesem Rückblick auf die GRA der früheren Jahre ist , so glaube ich, alles zum E-Gas oder EPC gesagt.
Ich hoffe, dass ich Ihnen das Thema ein wenig habe näher bringen können. EPC ist doch mehr als nur ein Ersatz für den klassischen Bowdenzug.
Aber bedenken Sie bitte:
Diese Dokumentation soll ausschließlich technisches Grundverständnis vermitteln und ist nicht geeignet, Eigenschaften von Produkten oder Dienstleistungen zu beurteilen. Alle Angaben und Darstellungen sind unverbindlich und freibleibend, da der Stand der Technik sich laufend verändert.
Ich übernehme keine Haftung für Schäden und deren Folgen, die sich aus diesen Informationen ergeben könnten.
In diesem Bericht sind Markenbezeichnungen und Skizzen der Volkswagen AG enthalten.

Alle konkreten Fragen bei Störungen an Ihrem Fahrzeug richten Sie bitte ausschließlich an Ihren VW-Fachbetrieb.

Über ein Feedback an unten stehende Mailadresse würde ich mich freuen.

© Manfred Borgwardt
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