Motortuning zur Leistungssteigerung an Traktoren · Motortuning zur Leistungssteigerung bei Traktoren Seite 5 November 2006 FJ-BLT Wieselburg • Änderung der Steuersoftware: Das

Motortuning zur Leistungssteigerung an Traktoren

Heinrich PRANKL

Hermann SCHAUFLER

Projekt-Nr. BLT 05 3322 November 2006

A 3250 Wieselburg, Rottenhauser Straße 1 Tel.: +43 7416 52175 – 0, Fax: +43 7416 52175 – 45 [email protected], http://blt.josephinum.at

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November 2006 FJ-BLT Wieselburg

Impressum PRANKL, H., SCHAUFLER, H.: Motortuning zur Leistungssteigerung an Traktoren. HBLFA Francisco Josephinum / BLT Biomass – Logistics – Technology. November 2006

ISBN Nr. 3-902451-04-1 ISBN Nr. 978-3-902451-04-0

Die Arbeit erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Österreichischen Kuratorium für Landtechnik

Copyright © 2006, HBLFA Francisco Josephinum

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Genehmigung des Herausgebers untersagt. Veröffentlicht und gedruckt durch: HBLFA Francisco Josephinum / BLT Biomass – Logistics – Technology Rottenhauser Straße 1 Tel.: +43 7416 52175-0 A 3250 Wieselburg Fax: +43 7416 52175-45 AUSTRIA E-Mail: [email protected]

Inhalt Seite 3


Inhalt 1 Einleitung.......................................................................................................................................... 4 2 Aufgabenstellung und Zielsetzung ................................................................................................... 4 3 Die Technik hinter Chiptuning .......................................................................................................... 4 4 Untersuchungsmethode ................................................................................................................... 5

4.1 Motorprüfstand und Emissionsmessausrüstung ........................................................................ 5 4.2 Untersuchungen an Steyr 4115.................................................................................................. 6

4.2.2 Fahrzeugdaten................................................................................................................... 6 4.2.3 Tuning-Steuergeräte (Tuning-Chips)................................................................................. 7

4.3 Untersuchungen an John Deere 6680 ....................................................................................... 8 4.3.2 Fahrzeugdaten................................................................................................................... 8 4.3.3 Tuning-Steuergeräte (Tuning-Chips)................................................................................. 8

4.4 Versuchsdurchführung ............................................................................................................. 10 5 Ergebnisse ..................................................................................................................................... 11

5.1 Untersuchungen mit Steyr 4115............................................................................................... 11 5.1.2 Leistungsmessung........................................................................................................... 11 5.1.3 Emissionsmessung.......................................................................................................... 14

5.2 Untersuchungen mit John Deere 6620..................................................................................... 15 5.2.2 Leistungsmessung........................................................................................................... 15 5.2.3 Emissionsmessung.......................................................................................................... 19 5.2.4 Änderung der Leistungseinstellung ................................................................................. 20

5.3 Gesetzliche und versicherungstechnische Auswirkungen ....................................................... 22 5.4 Technische Auswirkungen ....................................................................................................... 22

6 Zusammenfassung......................................................................................................................... 23 7 Summary ........................................................................................................................................ 24 8 Danksagung ................................................................................................................................... 25 9 Weitere Veröffentlichungen............................................................................................................ 25

Motortuning zur Leistungssteigerung bei Traktoren Seite 4


1 EINLEITUNG

Die Landmaschinentechnik wird derzeit von den Möglichkeiten der Elektronik und Automatisierungstechnik überrollt. Durch den Einsatz der Elektronik bei der Motorsteuerung bieten sich aber auch neue Möglichkeiten der Beeinflussung der Motorleistung. In der Praxis werden nun vermehrt Steuergeräte angeboten, mit denen die Leistungseinstellung einfach und verhältnismäßig kostengünstig beeinflusst werden kann. Die Motorleistung ist seit jeher eine der wichtigsten Größen beim Ankauf eines Zugfahrzeuges. Oftmals wäre es in der Praxis zweckmäßig, eine zusätzliche kurzfristige Leistungsreserve zur Verfügung zu haben. Da in einer Typenreihe oftmals der gleiche Motor einer Motorfamilie verwendet wird, der in den unteren Leistungsklassen meist gedrosselt wird, liegt der Gedanke nahe, die Leistungsreduktion durch Zusatzelektronik wiederum auszugleichen. Für die heute üblichen elektronisch geregelten Motoren werden Steuergeräte angeboten, mit denen eine Anhebung der Leistung um 10 bis 20 % oder auch darüber möglich ist. Diese unter dem Namen „Chiptuning“ bekannte Methode war früher ausschließlich im Motorsportbereich üblich, ist aber neben PKW und Nutzfahrzeugen auch bereits bei Traktormotoren zu finden.

2 AUFGABENSTELLUNG UND ZIELSETZUNG

Ziel der Untersuchung ist die Auswirkung von Zusatzsteuergeräten („Tuning-Chips“) auf Leistung und Abgasemissionen von Traktoren. Dazu sollen verschiedene Traktoren mit am Markt erhältlichen Steuergeräten ausgerüstet und am Prüfstand untersucht werden. Die rechtlichen und versicherungstechnischen Auswirkungen sollen erörtert werden. Die gesetzliche Situation soll dargestellt und auf die technischen Risiken speziell hingewiesen werden.

3 DIE TECHNIK HINTER CHIPTUNING

Unter Chip- oder Motortuning wird allgemein der Eingriff auf die Motorsteuerung verstanden, um damit Drehmoment und Leistung eines Motors zu erhöhen. Dazu notwendig ist ein elektronisch geregelter Motor. Die Steigerung der Motorleistung wird durch eine Erhöhung der Kraftstoffeinspritzung erreicht. Dies kann entweder durch eine Erhöhung des Einspritzdrucks oder einer Verlängerung der Einspritzzeit erreicht werden. Folgende Möglichkeiten werden unterschieden: • Eine eigenes Zusatzsteuergerät wird in eine Signalleitung geschaltet. Mit dieser am häufigsten

verwendeten Methode kann der Einspritzdruck erhöht oder die Einspritzzeit verlängert werden. Das Zusatzsteuergerät kann auf einfache Weise montiert und auch wieder entfernt werden. Das Original-Motorsteuergerät wird dabei nicht verändert. Der Originalzustand kann daher sehr einfach wieder hergestellt werden. Bei elektronisch geregelten Verteiler-Einspritzpumpen werden meist die Steuergeräte in eine Steuerleitung zur Einspritzpumpe geschaltet. Bei Hochdruck-Einspritzsystemen (Common-Rail, Pumpe-Düse) wird die Ansteuerung zu den Injektoren oder auch der Raildrucksensor verwendet.

• Austausch des Steuerchips im Motorsteuergerät: Das Original-Motorsteuergerät wird ausgebaut und zur Tuning-Firma gesendet. Dort wird der Steuerchip mit der Software getauscht. Die alten Daten werden gesichert, sodass der Originalzustand notfalls auch wieder hergestellt werden kann. Durch diese Maßnahme können umfangreichere Änderungen in der Motorsteuerung vorgenommen werden.



• Änderung der Steuersoftware: Das Steuerprogramm im Original-Motorsteuergerät wird mit einer neuen Software bzw. neuen Einstellparametern überschrieben.

4 UNTERSUCHUNGSMETHODE

Es wurden zwei Traktoren, jeweils mit Common-rail-Einspritztechnik, am Prüfstand der FJ-BLT Wieselburg untersucht. Der erste Traktor vom Typ Steyr 4115 Profi wurde mit zwei, der zweite Traktor vom Typ John Deere 6680 mit drei verschiedenen am Markt erhältlichen Zusatzsteuergeräten mit unterschiedlicher Technologie ausgerüstet. Nach dem Aufbau wurden Leistung und Abgasemissionen bei unveränderter Einstellung gemessen. Im folgenden sind der Prüfstand, die Traktoren, die Zusatzsteuergeräte sowie der Versuchsablauf näher beschrieben.

4.1 Motorprüfstand und Emissionsmessausrüstung

Alle Versuche wurden am Prüfstand der FJ-BLT durchgeführt. Der Prüfstand ist mit einer Wirbelstrombremse der Fa. Schenk, Type W780 mit einer Nennleistung von 680 kW ausgerüstet. Die Leistungsabnahme für die Versuche erfolgte an der Zapfwelle.

Bild 1: Wirbelstrom-Leistungsbremse der BLT Bild 2: Traktor am Prüfstand

Die Untersuchungen der Abgasemissionen erfolgten mit einem Messsystem der Fa. Horiba, Type MEXA 7170D. Die Messeinheit besteht aus Geräteträger, Kontrolleinheit, Energieversorgung und den nachfolgend angeführten Analysatoren: • AIA-721/722 NDIR: ein nichtdispersiver Infrarot-

retrospektiver Analysator zum Detektieren von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) Emissionen

• CLA-756: ein beheizter Vakuum-Chemilumineszenzdetektor (CLD) zur Bestimmung der Stickoxid-Emissionen (NOx)

• FIA: ein beheizter Flammenionisationsdetektor (FID) zum Detektieren der Kohlenwasserstoff-Emissionen (HC)

Bild 3: Horiba MEXA 7170D



4.2 Untersuchungen an Steyr 4115

4.2.2 Fahrzeugdaten

Der erste Traktor vom Typ Steyr 4115 Profi ist mit einem aufgeladenen 4-Zylinder-Motor mit Ladeluftkühlung und Common-Rail-Einspritzung ausgerüstet und leistet 85 kW bei 2200 U/min. Die „Power-Plus“-Funktion ist nur im Fahrbetrieb verfügbar und konnte daher am Prüfstand nicht in Anspruch genommen werden.

Tabelle 1: Fahrzeugdaten (Quelle: CNH)

Traktor-Hersteller: CNH / Steyr Bezeichnung: 4115 Profi Fahrzeug-Type: P/PBCFCC3/R11 FZ-Identifizierungs-Nr.: EKP004037 Einspritzsystem: CR-Einspritzung Fa. Bosch Motor-Nr.: F4DE0484A Erstzulassung: 19.10.2004

Motorart: Diesel-Direkteinspritzung mit Abgasturbolader und Ladeluftkühlung

Kühlung Waser, Viscolüfter Anzahl der Zylinder 4 Hubraum 4485 cm³ Bohrung / Hub 104 / 132 mm Nennleistung ISO 14396 bei Drehzahl 85 kW / 116 PS bei 2200 U/min Nennleistung ISO 14396 – Power Plus 101 kW / 137 PS bei 2200 U/min Max. Drehmoment bei Drehzahl 530 Nm bei 1400 U/min Max. Drehmoment – Power Plus 557 Nm bei 1600 U/min Drehmomentanstieg an Zapfwelle OECD 41 % Anfahrdrehmoment 126 % Optimaler Kraftstoffverbrauch 203 g/kWh Kraftstofftankinhalt 177 Liter

Bild 4: Steyr 4115 Profi am Prüfstand



4.2.3 Tuning-Steuergeräte (Tuning-Chips)

Die kommerziell erhältlichen Tuning-Chips unterscheiden sich hinsichtlich der verwendeten Technologie: Tuning-Steuergerät 1 wird am Raildrucksensor angeschlossen und verringert das Signal des Sensors. Damit regelt die Hochdruckpumpe einen höheren Druck, womit auch die Einspritzmenge erhöht wird. Tuning-Steuergerät 2 wird an die Injektoren angeschlossen und verlängert die Einspritzzeit. 4.2.3.1 Tuning-Chip 1 Beschreibung: Der Common-Rail Power-Chip V-CR ist für alle Common-Rail-Einspritzsysteme geeignet. Das voreingestellte Steuergerät wird mittels Adapter am Raildrucksensor angesteckt. Es besteht die Möglichkeit die Leistungseinstellung am Chip via Software zu verändern

Bild 5: Tuning-Chip 1 für Steyr 4115 Profi

4.2.3.2 Tuning-Chip 2 Beschreibung: Das Zusatzsteuergerät der Type PBCR4B1-NHTS110A wird zwischen Original-Motorsteuergerät und Injektoren geschaltet und damit die Einspritzzeit an den Injektoren verlängert. Die Leistung kann mittels Kippschalter verändert werden.

Bild 6: Tuning-Chip 2 für Steyr 4115 Bild 7: Stecker an Injektoren



4.3 Untersuchungen an John Deere 6680

4.3.2 Fahrzeugdaten

Der zweite Traktor, ein John Deere 6620 Premium, ist mit einem aufgeladenen 6-Zylinder-Dieselmotor mit Ladeluftkühlung und Common-Rail-Einspritzung ausgerüstet. Der Motor leistet 92 kW bei 2300 U/min bzw. 101,5 kW bei 2100 U/min.

Tabelle 2: Fahrzeugdaten (Quelle John Deere)

Traktor-Hersteller: John Deere Bezeichnung: 6620 Premium Plus Motor-Type: 6068HL471 Einspritzsystem: CR-Einspritzung Motor-Nr.: 806005 Erstzulassung: 2003

Motorart: Diesel-Direkteinspritzung mit Abgasturbolader und Ladeluftkühlung

Kühlung Wasser, Viscolüfter Anzahl der Zylinder 6 Hubraum: 6788 cm³ Bohrung / Hub 106,5 / 127 mm Motorleistung ECE-R24 (mit Lüfter) bei Drehzahl 92 kW / 125 PS bei 2300 U/min Max. Motorleistung ECE-R24 bei Drehzahl 101,5 kW / 138 PS bei 2100 U/min Drehmomentanstieg 40% Treibstofftank 250 Liter

Bild 8: John Deere 6620 am Prüfstand

4.3.3 Tuning-Steuergeräte (Tuning-Chips)

Für die Messungen wurden drei am Markt erhältlichen Steuergeräte ausgewählt, die sich hinsichtlich der Funktionsweise unterscheiden. Tuning-Chip 1 und 3 werden am Raildruck-Sensor angeschlossen. Damit wird das Signal zum Motorsteuergerät verändert, wodurch die Hochdruckpumpe den Raildruck erhöht. Tuning-Chip 2 wird in die Steuerleitungen zu den Injektoren geschaltet.



4.3.3.1 Tuning-Chip 1 Beschreibung: Der Common-Rail Power-Chip V-CR ist für alle Common-Rail-Einspritzsysteme geeignet. Das voreingestellte Steuergerät wird mittels Adapter am Raildrucksensor angesteckt. Es besteht die Möglichkeit die Leistungseinstellung am Steuergerät via Software zu verändern

Bild 9: Tuning-Chip 1 für John Deere 6620 Bild 10: Stecker an Raildruck-Sensor

4.3.3.2 Tuning-Chip 2 Beschreibung: Mit dem Zusatzsteuergerät der Type PBCR6B2-JD-6920 wird die Einspritzzeit an den Injektoren verlängert. Dementsprechend wird die Elektronik zwischen Original-Motorsteuergerät und Injektoren geschaltet. Die Leistung kann mittels Kippschalter verändert werden.

Bild 11: Tuning-Chip 2 für John Deere 6620 Bild 12: Stecker an den Injektoren

4.3.3.3 Tuning-Chip 3 Beschreibung: Mit dem Zusatzsteuergerät Optipower JD CR 005 ist eine elektronische Leistungs- und Verbrausoptimierung erreichbar. Das System wird an den Raildrucksensor angeschlossen. Die Leistungseinstellung ist über ein Potenziometer veränderbar.



Bild 13: Tuning-Chip 3 für John Deere 6620 Bild 14: Stecker an Raildruck-Sensor

4.4 Versuchsdurchführung

Die Untersuchungen wurden bei jedem Traktor in folgender Reihenfolge durchgeführt (siehe Bild 15):

1. Leistungsmessung ohne Tuning-Chip an der Volllastkurve (Basismessung). Diese Messung bildet die Referenz und legt die 8 Prüfstufen für die Emissionsmessung gemäß ISO 8178 fest.

2. Leistungsmessung mit Tuning-Chip an der Volllastkurve

3. Emissionsmessung ohne Tuning-Chip gemäß ISO 8178 (Basismessung 1)

4. Emissionsmessung mit Tuning-Chip gemäß ISO 8178 (Prüfstufen relativ zu neuer Volllastkurve aus Messung 2)

5. Emissionsmessung mit Tuning-Chip mit denselben Prüfstufen wie bei Messung 3.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

Motordrehzahl (U/min)

Dre

hmom

ent

1

2

3 = 5

4

Bild 15: Schematische Darstellung der Messungen



Die Emissionsmessung wurde gemäß EN ISO 8178-4 C1 durchgeführt. Die Prüfstufen sind darin wie folgt festgelegt:

Tabelle 3: Prüfstufen und Wichtungsfaktoren für den Prüfzyklus Typ C1 gemäß ISO 8178

Prüfstufe im Zyklus C1 1 2 3 4 5 6 7 8

Drehzahl Nenndrehzahl Zwischendrehzahl LL

Drehmoment [%] 100 75 50 10 100 75 50 0

Wichtungsfaktor 0,15 0,15 0,15 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 LL ist dabei die niedrige Leerlaufdrehzahl. Nenndrehzahl ist jene Drehzahl, bei der entsprechend den Angaben des Motorherstellers die Nennleistung erreicht wird. Zwischendrehzahl ist jene Drehzahl, bei der das höchste Drehmoment auftritt, wenn diese im Bereich zwischen 60% und 75% der Nenndrehzahl liegt. Ansonst ist für die Zwischendrehzahl entweder 60% oder 75% der Nenndrehzahl zu verwenden. Mit den Wichtungsfaktoren werden die Messwerte der einzelnen Prüfstufen bewertet.

5 ERGEBNISSE

5.1 Untersuchungen mit Steyr 4115

5.1.2 Leistungsmessung

Der Aufbau der Zusatzsteuergeräte erfolgte problemlos und rasch. Der Traktor konnte in jedem Fall sofort wieder gestartet werden. Bei der Messung mit Tuning-Chip 1 zeigte sich allerdings, dass im unteren Drehzahlbereich bei vollem Drehmoment kein stabiler Betrieb möglich ist, da in diesem Bereich der Regler die Leistungssteigerung ausschaltet. Die Messungen wurden mit unveränderter Einstellung der Tuning-Steuergeräte vorgenommen. Es muss daher beachtet werden, dass Unterschiede in der Leistungskurve auf die Einstellung zurückzuführen sind.

Tabelle 4: Ergebnis der Leistungsmessung bei Steyr 4115 (Basismessung = ohne Chip)

Über- setzung 2,12 Kraftstoff

Dichte [kg/l] 0,833 bei 15°C Drehzahl n Kraftstoffverbrauch α [kg/l.K] 0,000800

Zapfwelle Motor Bel

astu

ng F

Leis

tung

P

äqui

vale

ntes

D

rehm

omen

t

Lüfter B1 B2 be ß

[U/min] [U/min] [kp] [kW] [Nm] [U/min] [L/h] [kg/h] [g/kWh] [mm³/H]

Basismessung 1038 2200 73,4 76,2 330,6 2520 23,7 19,5 256 89,7Chip 1 1038 2200 84,0 87,2 378,4 2520 26,1 21,5 246 99,0Chip 1 / Basis 114% 114% 114% 110% 110% 96% 110%Basismessung 1038 2200 73,4 76,2 330,6 2520 23,7 19,5 256 89,7Chip 2 1038 2200 88,0 91,3 396,4 2520 28,4 23,3 255 107,7Chip 2 / Basis 120% 120% 120% 120% 120% 100% 120%Basismessung 637 1350 108,4 69,0 488,3 1830 18,8 15,5 224 116,0Chip 1 637 1350 116,2 74,0 523,4 1830 20,1 16,5 223 124,1Chip 1 / Basis 107% 107% 107% 107% 107% 100% 107%Basismessung 637 1350 108,4 69,0 488,3 1830 18,8 15,5 224 116,0Chip 2 637 1350 122,0 77,7 549,5 1830 21,3 17,5 225 131,8Chip 2 / Basis 113% 113% 113% 114% 113% 101% 114%



In Tabelle 4 sind die Ergebnisse der Leistungsmessung bei 2 verschiedenen Drehzahlen (Nenndrehzahl und Drehzahl bei maximalen Moment) dargestellt. Bei Nenndrehzahl wurde eine Mehrleistung von 14% bzw. 20% ermittelt. Die Mehrleistung wird durch eine höhere Einspritzmenge von 10% bzw. 20% erreicht.

Motornummer: 00149924 Luftdruck: 0999 mbar Kraftstofftemperatur: 57 °C UnterschriftFahrgestellnummer: EKP 004037 Raumtemperatur: 24 °C Prüfdatum: 31.08.2005Kraftstoff: DK 0,833/ 15 °C Kühltemperatur: 87 °C Prüfnummer:Motoröl: Öltemperatur: 101 °C Blattnummer: 1 Schaufler/Zierfuß

Steyr 4115 Profi Mot. Typ: CNH F4DF0484AZAPFWELLENPRÜFUNG 1000 U/min

0102030405060708090

100110

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


Zapf

wel

lenl

eist

ung

(kW

)

Basismessung ohne Chip Chip 1 Chip 2

0

100

200

300

400

500

600

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


äqui

v. D

rehm

omen

t (N

m)


Bild 16: Zapfwellenleistung und Drehmoment mit Steyr 4115 / PTO and torque with Steyr 4115



Motornummer: 00149924 Luftdruck: 0999 mbar Kraftstofftemperatur: 57 °C UnterschriftFahrgestellnummer: EKP 004037 Raumtemperatur: 24 °C Prüfdatum: 31.08.2005Kraftstoff: DK 0,833/ 15 °C Kühltemperatur: 87 °C Prüfnummer:Motoröl: Öltemperatur: 101 °C Blattnummer: 2 Schaufler/Zierfuß

Steyr 4115 Profi Mot. Typ: CNH F4DF0484AZAPFWELLENPRÜFUNG 1000 U/min

0,0

4,0

8,0

12,0

16,0

20,0

24,0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


Kra

ftsto

ffver

brau

ch (k

g/h)


200220240260280300320340360380400420440460

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


spez

. Kra

ftsto

ffver

brau

ch (g

/kW

h)


Bild 17: Kraftstoffverbrauch bei Steyr 4115 / Fuel consumption with Steyr 4115

In Bild 16 ist das Ergebnis der Leistungsmessung und in Bild 17 die Verbrauchsmessung an der Volllastkurve grafisch dargestellt.



5.1.3 Emissionsmessung

In Bild 18 ist das Ergebnis der Emissionsmessung mit Steuergerät 1, in Bild 19 jenes mit 2 dargestellt. Mit Ausnahme der Messung von Kohlenstoffmonoxid (CO) mit Tuning-Chip 2 zeigt sich bei allen Messwerten eine tendenzielle Verringerung. Dabei ist es unerheblich, ob die selben Prüfstufen wie bei der Basismessung, oder die durch die neue Volllastkurve vorgegebenen Messpunkte für den 8-Stufen-Zyklus herangezogen werden. Der Nachteil einer höheren CO-Emission mit Tuning-Chip 2 steht einer signifikante Reduktion der Stickoxidemissionen gegenüber. Die größte Verringerung wurde bei den Kohlenwasserstoff-Emissionen (HC) gemessen.

Traktor 85 kW CRChip 1

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

CO HC NOx

Basismessung ohne ChipMessung mit Chip wie BasisMessung mit Chip ISO 8178


0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

CO HC NOx


Bild 18: Emissionsmessung mit Tuning-Chip 1 / Emission measurement with chip 1


In einer weiteren Versuchsreihe wurde der Rauchstoß bei freier Beschleunigung nach Bosch einmal ohne und zweimal mit Tuning-Chip 2 bestimmt. Es wurden jeweils 6 Messungen durchgeführt. Die ersten drei Messungen werden verworfen und die letzten drei ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass die Messungen mit Tuning-Chip höhere Werte liefern, als die Messung ohne.

Tabelle 5: Rauchstoßmessung bei freier Beschleunigung

Messung Messung 1 Messung 2 Messung 3 Nr. ohne Chip mit Chip 2 mit Chip 2 1 4,3 4,1 4,3 2 3,9 3,9 3,9 3 3,9 4,1 4,1 4 3,7 4,1 4,0 5 3,7 3,9 5,1 6 3,7 4,1 4,0

Mittelwert: 3,7 4,0 4,4



5.2 Untersuchungen mit John Deere 6620

Auch beim zweiten Traktor war es kein Problem, die Zusatzelektronik aufzubauen. Nach Anschluss der Signalleitung und der Spannungsversorgung konnte der Traktor problemlos in Betrieb genommen werden. Allerdings war bei Tuning-Chip 2 vorerst kein stabiler Betrieb möglich. Im oberen Drehzahl- und Lastbereich kam es zu einem Schwingungsverhalten mit dem eingebauten Regelkreis, was zu Drehzahlschwankungen führte. Der Hersteller musste eine Korrektur am Tuning-Chip vornehmen, um das Problem zu beheben. Bei Tuning-Chip 3 wurde zuerst ein falsches Gerät gesandt, das zu keiner Mehrleistung (allerdings zu einem höheren Verbrauch) führte. Das Tuninggerät wurde vom Hersteller ausgetauscht. Die Messungen wurden wiederum bei unveränderter Einstellung der Tuningsysteme vorgenommen. Es muss beachtet werden, dass Unterschiede in der Leistungskurve auf die jeweilige Einstellung zurückzuführen sind.

5.2.2 Leistungsmessung

Das Ergebnis der Leistungsmessungen mit allen drei Steuergeräten ist in Tabelle 6 gegenübergestellt. Demnach wurde bei der Nenndrehzahl von 2300 U/min eine Leistungssteigerung von bis zu 39% erzielt. Der Kraftstoffverbrauch stieg dabei um 21%. Dies bedeutet insgesamt eine Verringerung des spezifischen Verbrauchs um bis zu 13%. Bei der Zwischendrehzahl von 1500 U/min fällt der Effekt geringer aus.

Tabelle 6: Ergebnis der Leistungsmessung bei John Deere 6620 (Basismessung = ohne Chip)


Dichte [kg/l] 0,833 bei 15°C Drehzahl n

Kraftstoffverbrauch α [kg/l.K] 0,000800

Zapfwelle Motor

Bel

astu

ng F

Leis

tung

P

äqui

vale

ntes

D

rehm

omen

t

Lüfter B1 B2 be ß

[U/min] [U/min] [kp] [kW] [Nm] [U/min] [L/h] [kg/h] [g/kWh] [mm³/H]

Basismessung 1042 2300 74,2 77,3 320,9 1800 26,6 21,9 283 64,3Chip 1 1042 2300 98,2 102,3 424,7 1860 31,8 26,1 255 76,9Chip 1 / Basis 132% 132% 132% 120% 119% 90% 120%Basismessung 1042 2300 74,2 77,3 320,9 1800 26,6 21,9 283 64,3Chip 2 1042 2300 99,0 103,1 428,2 1980 31,8 26,3 255 76,9Chip 2 / Basis 133% 133% 133% 120% 120% 90% 120%Basismessung 1042 2300 74,2 77,3 320,9 1800 26,6 21,9 283 64,3Chip 3 1042 2300 103,4 107,7 447,2 1980 32,3 26,5 246 78,0Chip 3 / Basis 139% 139% 139% 121% 121% 87% 121%Basismessung 679 1500 107,4 73,0 464,5 1500 21,4 17,6 242 79,4Chip 1 679 1500 125,2 85,1 541,5 1500 23,7 19,4 229 87,6Chip 1 / Basis 117% 117% 117% 110% 110% 95% 110%Basismessung 679 1500 107,4 73,0 464,5 1500 21,4 17,6 242 79,4Chip 2 679 1500 116,8 79,3 505,1 1500 22,4 18,5 233 83,0Chip 2 / Basis 109% 109% 109% 105% 105% 96% 105%Basismessung 679 1500 107,4 73,0 464,5 1500 21,4 17,6 242 79,4Chip 3 679 1500 129,4 87,9 559,6 1500 24,1 19,8 225 89,3Chip 3 / Basis 120% 120% 120% 113% 112% 93% 113%



In Tabelle 7 sind die Messwerte eines einzelnen Lastpunktes (bei 322 Nm und 2300 U/min) ohne und mit den verschiedenen Tuningsystemen miteinander verglichen. Wenn eine bestimmte Drehzahl und Leistung gefordert ist, so ist es demnach irrelevant ob ein Tuningsystem installiert ist oder nicht. Der Kraftstoffverbrauch bleibt etwa gleich.

Tabelle 7: Vergleich der Leistungsdaten in einem einzelnen Messpunkt Über- setzung 2,208 Kraftstoff

Dichte [kg/l] 0,833 bei 15°C Drehzahl n

Kraftstoffverbrauch α [kg/l.K] 0,000800

Zapfwelle Motor Bel

astu

ng F

Leis

tung

P

äqui

vale

ntes

D

rehm

omen

t

Lüfter B1 B2 be ß

[U/min] [U/min] [kp] [kW] [Nm] [U/min] [L/h] [kg/h] [g/kWh] [mm³/H] ohne Chip 1042 2300 74,4 77,5 321,8 1800 26,5 21,8 281 64,0 mit Chip 1 1042 2300 74,4 77,5 321,8 1920 26,7 21,9 282 64,4 mit Chip 2 1042 2300 74,4 77,5 321,8 1980 26,9 22,0 284 64,8 mit Chip 3 1042 2300 74,4 77,5 321,8 1920 26,1 21,5 277 63,1

In Bild 20 sind Leistung und Drehmoment an der Volllastkurve dargestellt. Dabei zeigen sich Unterschiede in der Regelungsstrategie. Bei Tuning-Chip 2 wird die Leistungssteigerung prozentuell mit der Drehzahl gesteigert. In diesem Fall wird der Drehzahl-Istwert in die Regelung miteinbezogen. In Bild 21 ist der Kraftstoffverbrauch dargestellt. Die höhere Leistung wird wiederum durch einen höheren Kraftstoffverbrauch erkauft. Im Bereich der Nenndrehzahl zeigt sich aber ein günstigerer spezifischer Kraftstoffverbrauch bei den Messungen mit den Tuningsystemen. Das bedeutet, dass unter voller Last der Wirkungsgrad geringfügig höher ist als ohne Tuning. Eine Verbrauchseinsparung kann dann gewonnen werden, wenn keine bestimmte Motordrehzahl gefordert wird. Bei gleich bleibender Leistung kann damit durch eine geeignete Fahrweise oder durch ein übergeordnetes Fahrzeugmanagement ein günstigerer Betriebspunkt im Motorkennfeld gewählt werden.



Motornummer: CD6068H806005 Luftdruck: 0999 mbar Kraftstofftemperatur: 41 °C UnterschriftFahrgestellnummer: L06620P369879 Raumtemperatur: 31 °C Prüfdatum: 10.10.2005Kraftstoff: DK 0,833/ 15 °C Kühltemperatur: 87 °C Prüfnummer:Motoröl: Öltemperatur: 109 °C Blattnummer: 1 Schaufler/Zierfuß

John Deere 6620 Mot. Typ: 6068HLA70ZAPFWELLENPRÜFUNG 1000 U/min

0

20

40

60

80

100

120

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


Zapf

wel

lenl

eist

ung

(kW

)

ohne Chip Chip 1 Chip 2 Chip 3

0

100

200

300

400

500

600

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


äqui

v. D

rehm

omen

t (N

m)

ohne Chip Chip 1 Chip 2 Chip 3

Bild 20: Zapfwellenleistung und Drehmoment mit John Deere 6620 /

PTO and torque with John Deere 6620



Motornummer: CD6068H806005 Luftdruck: 0999 mbar Kraftstofftemperatur: 41 °C UnterschriftFahrgestellnummer: L06620P369879 Raumtemperatur: 31 °C Prüfdatum: 10.10.2005Kraftstoff: DK 0,833/ 15 °C Kühltemperatur: 87 °C Prüfnummer:Motoröl: Öltemperatur: 109 °C Blattnummer: 2 Schaufler/Zierfuß

John Deere 6620 Mot. Typ: 6068HLA70ZAPFWELLENPRÜFUNG 1000 U/min

0,0

4,0

8,0

12,0

16,0

20,0

24,0

28,0

32,0

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


Kra

ftsto

ffver

brau

ch (k

g/h)

ohne Chip Chip1 Chip2 Chip3

200220240260280300320340360380400420440460

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600


spez

. Kra

ftsto

ffver

brau

ch (g

/kW

h)

ohne Chip Chip1 Chip2 Chip3

Bild 21: Kraftstoffverbrauch mit John Deere 6620 /

Fuel consumption with John Deere 6620



5.2.3 Emissionsmessung


0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

CO HC NOx



0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

CO HC NOx


Bild 22: Emissionsmessung mit Tuning-Chip 1 / Emisssion measurement with chip 1



0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

CO HC NOx


Bild 24: Emissionsmessung mit Tuning-Chip 3 / Emission measurement with chip3

Bei der Messung des zweiten Traktors mit 92 kW Nennleistung zeigte sich ebenfalls tendenziell eine Verringerung der Emissionswerte. Allerdings sind Unterschiede zu erkennen, je nachdem welche Messpunkte gewählt wurden. Bei der Messung mit Tuning-Chip und den selben Prüfstufen wie bei der Basismessung (ohne Tuning-Chip) ist eine geringfügige Reduzierung der Emissionswerte ersichtlich. Werden die Messpunkte aber entsprechend der neuen Volllastkurve neu eingeteilt (was einer



besseren Ausnützung der Motorleistung entspricht), so zeigt sich doch eine deutliche Verbesserung. So konnten z.B. die CO-Messwerte mit Tuning-Chip 3 um 40% reduziert werden.

5.2.4 Änderung der Leistungseinstellung

Nach Entfernung der Abdeckung kann bei Tuning-Chip 3 die Leistungseinstellung relativ einfach über ein Potenziometer vorgenommen werden (Bild 25). Dadurch wird dem Motorsteuergerät ein anderer Raildruck vorgetäuscht, worauf dieses den Druck bis zum (scheinbar) richtigen Wert erhöht. Das Verhältnis von richtigem Messsignal zu vorgetäuschtem Signal kann eben über das Potenziometer verändert werden.

Bild 25: Einfache Änderung der Leistungseinstellung durch Potenziometer /

Simple adjustment of engine power by potentiometer

Versuchsablauf: Im Versuch wurde die Leistung bei Nenndrehzahl am Potenziometer so lange zurückgedreht, bis diese der Original-Motorleistung entsprach. Daraufhin wurde die Einstellung in Stufen so lange erhöht, bis die Motorsteuerung abgeregelt hat. In jeder Leistungsstufe wurden die zugehörigen Leistungsdaten gemessen. Ergebnisse: In Bild 26 ist der Signalverlauf des Raildrucksensors und Tuning-Chips dargestellt. Je stärker die Abschwächung, desto höher das Spannungssignal des Raildrucksensors und des Drucks in der Rail. In Stufe 6 kam es zu einem plötzlichen Abregeln der Leistung durch das Motorsteuergerät.



0

1

2

3

4

5

6

0

500

1000

1500

2000

Messwert-Nr.

Spa

nnun

g [V

]

Signal Raildrucksensor (A)

Signal Tuning-Chip (B)

A

1

B

2 3 4 5 6

Stufe

Bild 26: Signal des Raildrucksensors (A) und Tuning-Chips (B) in 6 Laststufen /

Signal of rail pressure sensor (A) und tuning chip (B) in 6 load points

In der Tabelle 8 sind die zugehörigen Leistungsdaten aufgetragen. Demnach ist ersichtlich, dass die Leistung problemlos auf 150% im Vergleich zur Nennleistung ohne Tuning-Chip gesteigert werden konnte (Stufe 5). Die Einspritzmenge wurde dabei um 29% erhöht. Die Steigerung auf 159% war nur kurzzeitig möglich.

Tabelle 8: Ergebnis der Leistungssteigerung an der Volllastkurve mit Tuning-Chip 3 (Messung Nr. 0: Basismessung ohne Tuning-Chip)


Dichte [kg/l] 0,833 bei 15°C Drehzahl n Kraftstoffverbrauch α [kg/l.K] 0,000800S

tufe

Zapfwelle Motor Bel

astu

ng F

Leis

tung

P

Leis

tung

%

äqui

vale

ntes

D

rehm

omen

t

Lüfter B1 B2 be ß

Nr. [U/min] [U/min] [kp] [kW] [Nm] [U/min] [L/h] [kg/h] [g/kWh] [mm³/H]

0 1042 2300 74,2 77,3 100% 320,9 1800 26,6 21,9 283 64,31 1042 2300 77,6 80,8 105% 335,6 1920 26,7 21,9 271 64,62 1042 2300 87,0 90,6 117% 376,3 1860 28,8 23,6 261 69,63 1042 2300 97,8 101,9 132% 423,0 1860 31,1 25,6 251 75,24 1042 2300 104,8 109,2 141% 453,2 1920 32,7 26,9 247 79,05 1042 2300 111,0 115,6 150% 480,1 1920 34,3 28,2 244 82,96 1042 2300 117,8 122,7 159% 509,5 1920 36,0 29,6 241 87,0



5.3 Gesetzliche und versicherungstechnische Auswirkungen

Gemäß § 33 des Kraftfahrzeug-Gesetzes (KFG)1 im Zusammenhang mit einem dazu ergangenen Erlass2 ist für eine Leistungssteigerung ab 5 % eine Eintragung in den Typenschein oder ein Einzelgenehmigungsbescheid notwendig. Dazu muss eine Freigabe des Fahrzeugherstellers oder ein Gutachten einer neutralen Prüfstelle mit einer Leistungsmessung sowie eine Werkstattbestätigung vorliegen. Eine Leistungserhöhung > 30% hat eine Einzelgenehmigung zur Folge, das heißt es müssen die Bestimmungen erfüllt werden, welche zum Zeitpunkt der Genehmigung Gültigkeit haben. Dazu müssen die Abgasemissionen, die Bremsen, die Motorleistung und der Geräuschpegel überprüft werden. Ansonsten ist der Zustand eindeutig gesetzeswidrig. Die Drehzahl und damit die Fahrgeschwindigkeit wird durch Motortuning allerdings nicht beeinflusst. Aus der Sicht der Haftpflichtversicherung bestehen dann Vorbehalte gegenüber dem Einsatz von Motortuning, wenn dies zu einer Gefahrenerhöhung im Sinne des Versicherungsvertragsgesetzes bzw. der KFZ-Haftpflichtversicherung führt. Dies kann dann mit Leistungsfreiheit sanktioniert werden. Eine Gefahrenerhöhung ist dabei jeder Umstand, der den Eintritt eines Versicherungsfalles wahrscheinlicher macht.

5.4 Technische Auswirkungen

Motor, Motorkühlung, Antriebsstrang und Nebenaggregate sind seitens des Herstellers bei einem Serientraktor im Sinne einer möglichst langen Lebensdauer optimal aufeinander abgestimmt. Wenn also die Motorleistung erhöht wird, ist zu beachten, dass der gesamte Antriebsstrang, also Kupplung, Haupt- und Achsgetriebe, Zapfwelle und Nebenaggregate dieser zusätzlichen Belastung ausgesetzt ist. Deshalb ist es leicht verständlich, dass mit einem Eingriff in die Motorsteuerung sofort jede Herstellergarantie verloren geht. Einige Tuningfirmen bieten daher eine Versicherung an, die allfällige Schäden abdecken soll. Wie bei jedem Versicherungsfall, liegt das Problem in der Nachweispflicht.

Bedenklich ist jedoch der Umstand, dass die Leistungsüberhöhung meist mit sehr einfachen Mitteln geändert werden kann (siehe Bild 25). Wird der Gehäusedeckel abgenommen, so kann in den meisten Fällen die Leistung mit Hilfe eines Schraubenziehers oder durch Kippschalter geändert werden. Ohne exakte Leistungsmessung auf einem Zapfwellenprüfstand hat der Anwender keinerlei Kontrolle darüber, auf welche Leistung das Fahrzeug eingestellt ist.

1 BGBl. I 103/1997 vom 19.8.1997 2 Zl. 190.500/2-II/ST4/04 vom 5.4.2004



6 ZUSAMMENFASSUNG

Die Leistung von elektronisch geregelten Motoren kann durch einfache Methoden und relativ kostengünstig erhöht werden. Diese unter dem Namen „Chiptuning“ bekannten Maßnahmen sind nicht nur bei Kraftfahrzeugen sondern mittlerweilen auch für Traktoren und selbst fahrende Arbeitsmaschinen verfügbar. Verschiedene Systeme sind am Markt verfügbar: Entweder wird ein zusätzliches Steuergerät angeboten, das in eine Signalleitung geschaltet wird. Oder es wird das Steuerprogramm im Original-Motorsteuergerät geändert oder getauscht. Eine höhere Leistung ist am einfachsten über eine höhere Einspritzmenge zu erreichen. Dazu muss entweder der Einspritzdruck erhöht oder die Einspritzzeit verlängert werden. Wird eine höhere Leistung gefordert, so steigt damit auch der Kraftstoffverbrauch. Bei ein und demselben Lastpunkt ist es daher gleichgültig, ob der Motor getunt ist oder nicht. Bei maximaler Leistung hat sich jedoch bei einigen Tuning-Systemen ein etwas besserer Wirkungsgrad und damit ein günstigerer spezifischer Verbrauch gezeigt. Bei Verwendung eines Tuningsystems kann der Kraftstoffverbrauch daher nur dann geringfügig gesenkt werden, wenn es möglich ist, z.B. durch Einsatz eines Fahrzeugmanagementsystems (bei stufenlosen Getrieben üblich) einen günstigeren Betriebspunkt im Kennfeld auszuwählen. Die Abgasemissionen zeigten tendenziell ein günstiges Verhalten, sind allerdings im Detail von System zu System verschieden. Es zeigte sich bei den Kohlenmonoxidemissionen (CO) sowohl eine Absenkung um bis zu 11 %, als auch ein Anstieg um bis zu 30 %. Erfreulich die Kohlenwasserstoffemissionen (HC), die in jedem Fall deutlich gesenkt werden konnten. Bei den Stickoxidemissionen (NOx) konnte eine Verringerung um bis zu 17 % ermittelt werden. Das Ergebnis einer Rauchstoßmessung bei freier Beschleunigung lieferte höhere Werte mit Tuning-Chip im Vergleich zu ohne. Es wird viel zu wenig beachtet, dass Motor und Getriebe bei Serientraktoren mit dem Ziel einer hohen Lebensdauer optimal aufeinander abgestimmt sind. Wird die Antriebsleistung erhöht, so kommt es auch zu einer höheren Belastung des gesamten Antriebsstrangs und der Nebenaggregate. Wird ein Tuningsystem aufgebaut so geht sofort jede Herstellergarantie verloren. Die gesetzlichen Vorschriften müssen beachtet werden: Bei einer Steigerung der Motorleistung > 5% ist eine Eintragung in den Typenschein oder ein Einzelgenehmigungsbescheid notwendig. Dazu muss ein Prüfgutachten einer Prüfstelle vorgelegt werden. Für Leistungssteigerungen > 30% ist eine Einzelgenehmigung mit einer Vielzahl an Überprüfungen vorgeschrieben. Ansonsten ist der Zustand gesetzeswidrig. Aus versicherungstechnischer Sicht bestehen Bedenken bei Änderungen am Fahrzeug, die Mitursache für einen Unfall sein könnten.



7 SUMMARY

The power of electronically controlled engines can be increased very simply and relatively cheaply. The methods which are well known as “chip tuning” are available not only for automobiles and trucks but also for tractors and self propelled agricultural machines. Different systems are available on the market: either additional electronic control units are placed in signal wires, or the software of the original engine control unit is changed. The easiest way to increase engine power is to increase fuel injection. This can be done either by raising the injection pressure or prolonging the injection time. If more power is required, fuel consumption also rises. In consequence, at a specific load point there is no difference whether a tuning system is applied or not. But at maximal load some tuning chips have shown better efficiency and therefore lower specific fuel consumption. If an engine is tuned, fuel consumption can only be reduced if it is possible to choose a more convenient load point; for instance, using a tractor management system (usually with continuously variable transmission). Exhaust emission measurements trend to decline with tuning equipment. The results are different in detail from one system to the other. Carbon monoxide emissions (CO) can be lowered by 11% as well as increased up to 30%. The results with hydro carbon emissions (HC) are encouraging, as they can be lowered in any case. The nitrogen emission measurements (NOx) have shown a reduction of up to 17%. Smoke emission measured during free acceleration with Bosch have shown higher values with a tuning chip than without. Too little attention is paid to the fact that engine and gearing are optimally coordinated in standard tractors aiming for maximum life. If driving power is increased, it is possible that the safe load of the whole transmission and additional aggregates would be exceeded. If a tuning system is applied, it is easy to see how the manufacturers warranty may be immediately invalidated. Legal issues have to be noticed: If the engine power is increased > 5%, the authorization has to be renewed. In this case, a certificate issued by a testing institute is necessary. In any other case the situation is illegal. From point of view of insurance, there are concerns about chip tuning if it could increase the risk of an accident.



8 DANKSAGUNG

Für die Unterstützung bei der Durchführung des Projekts und Bereitstellung von Untersuchungsmaterial sei folgenden Institutionen und Firmen sehr herzlich gedankt: • Dipl.-Ing. Gebhard Aschenbrenner, Österreichisches Kuratorium für Landtechnik, Wien • Fa. Chip-Tuning-Austria, Baldramsdorf • Fa. Steinbauer tuning technologies, Enns • Fa. Christiansen, Seebruck, Deutschland • Raiffeisenlagerhaus Mostviertel Mitte

9 WEITERE VERÖFFENTLICHUNGEN

• Prankl H.: Das Tuning mit dem "Chip" - Leistungssteigerung an Traktoren. Vortrag beim ÖKL-Kolloquium 2005 "Kraftstoffkosten sparen in der Landwirtschaft" am 24. 11. 2005 in Wien

• Prankl H.: + 20 % zum gleichen Preis! - Chiptuning an Traktoren. Der fortschrittliche Landwirt, Heft 3/2006, Seite 43 - 45

• Prankl H.: Mit Motortuning zu mehr Leistung mit weniger Treibstoff - Was ist möglich, was ist gesetzlich erlaubt?. Die Landwirtschaft - Zeitschrift der NÖ Landes-Landwirtschaftskammer, Nr. 2/2006, Seite 7 - 8

• Prankl H.: Chiptuning an Traktoren - Ergebnisse der Prüfstanduntersuchungen. Vortrag beim Seminar "Fahrzeugmanagement und Chiptuning bei Traktoren" des Agrarpädagogischen Institutes Wien am 27. 2. 2006 in der FJ-BLT Wieselburg

• Prankl H.: Fahrzeugmanagement und Chiptuning bei Traktoren. Seminar gemäß Lehrer- und Beraterfortbildungsplan 2006 der Agrarpädagogischen Akademie Wien am 27. 2. 2006 in der FJ-BLT Wieselburg (als CD erhältlich zu einem Preis von € 10,00 exkl. Porto und Verpackung)

• Prankl H.: Chiptuning bei Traktoren - Mehr Leistung zu gleichem Preis? Landfreund - das Schweizer Agrarmagazin, Heft Nr. 3, Seite 45 - 48

• Prankl H.: Mit Chiptuning den Motor frisieren. Brandenburger Bauernzeitung, 7. Woche 2006, Seite 24 - 25

• Prankl H.: Motortuning - Auch bei Bergbauern-Spezialmaschinen möglich? Tagungsband "Landtechnik im Alpenraum" am 10. - 11. Mai 2006 in Feldkirch, FAT-Schriftenreihe Nr. 68, Seite 21 - 27

• Prankl, H.: Motortuning – schnell und günstig zu höherer Leistung? Landwirtschaftliches Tagebuch 2007. Helgu-Verlag-Graz, Seite 68, 69, 78

ISBN Nr. 3-902451-04-1 ISBN Nr. 978-3-902451-04-0

Documents

Motortuning zur Leistungssteigerung an Traktoren · Motortuning zur Leistungssteigerung bei Traktoren Seite 5 November 2006 FJ-BLT Wieselburg • Änderung der Steuersoftware: Das