Gemischaufbereitung Grundfunktion

GF07.00-P-1000A

Gemischaufbereitung Grundfunktion

09.09.2020

Motor

alle (PKW)

Übersicht

Dieses Dokument enthält Informationen zu:

 Allgemeines

 Funktionsvoraussetzungen

 Funktion

Allgemeines

Die Gemischaufbereitung umfasst die Förderung des flüssigen Kraftstoffs durch den Kraftstoffhochdruckkreislauf, die Einspritzregelung und die Gemischbildung. Der flüssige Kraftstoff wird über den Kraftstoffhochdruckkreislauf zum Kraftstoffeinspritzsystem gefördert. Die Gemischbildung, d. h. die Vermengung von verdampftem Kraftstoff und zugeführter Luft, findet im Brennraum statt.

Funktionsvoraussetzungen

 Motormanagement EIN (Klemme 87M)

 Motor in Betrieb

Funktion

Lambdaregelung (Dieselmotor)

Der Dieselmotor arbeitet mit heterogener innerer Gemischbildung und Selbstzündung. Die Luftzahl λ gibt an, inwieweit das tatsächliche Kraftstoff-Luft-Gemisch von dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Zylinder abweicht. Die Lambdawerte von Dieselmotoren liegen bei Volllast zwischen λ=1,15 und λ=2,0 und im Leerlauf zwischen λ=10 bis λ=18.

Lambdaregelung (Ottomotor)

Direkt einspritzende Ottomotoren arbeiten im Schichtladungs- und Homogenbetrieb. Im Homogenbetrieb liegen die Lambdawerte zwischen λ=0,5 und λ=1,3. Im Schichtbetrieb sind die Lambdawerte abhängig vom Fahr- und Lastzustand (z. B. Teil- oder Volllastbetrieb).

 Bei der Benzin-Direkteinspritzung handelt es sich um ein Gemischbildungsverfahren, bei dem der Ottokraftstoff unter hohem Druck direkt in den Brennraum eingespritzt wird.

Kraftstoffhochdruckkreislauf

Der Kraftstoff-Hochdruckreislauf setzt sich im Wesentlichen aus folgenden Komponenten zusammen:

 Kraftstoffverteiler

 Hochdruckleitungen

 Druckbegrenzungsventil (Dieselmotor)

 Kraftstoffdrucksensor im Kraftstoffverteiler

 Kraftstoffinjektoren

 Mengenregelventil

 Kraftstoffhochdruckpumpe

Die Kraftstoffhochdruckpumpe verbindet Kraftstoffniederdruckkreislauf und Kraftstoffhochdruckkreislauf. Aufgabe der Kraftstoffhochdruckpumpe ist es, den Kraftstoff zu verdichten und in den Kraftstoffverteiler zu fördern.

Das Mengenregelventil in der Kraftstoffhochdruckpumpe regelt den Kraftstoffdurchfluss in den Kraftstoffhochdruckkreislauf.

Vom Kraftstoffverteiler gelangt der Kraftstoff über Hochdruckleitungen zu den Kraftstoffinjektoren, die den Kraftstoff direkt, zylinderselektiv und fein zerstäubt in den Brennraum einspritzen. Das Steuergerät Verbrennungsmotor berechnet kennfeldabhängig die Einspritzung für den jeweiligen Betriebszustand. Die Einspritzmenge ist abhängig vom Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler und der Ansteuerdauer der Kraftstoffinjektoren.

Der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler wird über das Mengenregelventil geregelt. Der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler wird durch den Kraftstoffdrucksensor erfasst und durch das Druckbegrenzungsventil (Dieselmotor) begrenzt.

Beispielhafte Darstellung Kraftstoffhochdruckkreislauf 4-Zylinder Ottomotor

1	Mengenregelventil
2	Hochdruckleitung
3	Kraftstoffdrucksensor
4	Rollenstößel
5.1	Kraftstoffinjektor Zylinder 1
5.2	Kraftstoffinjektor Zylinder 2
5.3	Kraftstoffinjektor Zylinder 3
5.4	Kraftstoffinjektor Zylinder 4
6	Kraftstoffverteiler
7	Kraftstoffhochdruckpumpe

P07.00-A001-76

Einspritzregelung Ottomotor

Direkt einspritzende Ottomotoren sind für homogene wie auch heterogene Brennverfahren ausgelegt. Der Kraftstoffeinspritzdruck erreicht bis zu 250 bar. Als Injektoren werden piezogesteuerte Mehrlochventile verwendet, die meist zentral im Brennraum angeordnet sind. Der Antrieb der Kraftstoff-Hochruckpumpe erfolgt über die Nockenwelle.

Folgende Betriebszustände werden durch eine Mehrfacheinspritzung unterstützt:

 Starten

 Dreiwegekatalysator aufheizen

 Verbrennungsstabilisierung bei hoher Motordrehzahl, d. h. Motordrehzahl  < 2000/min

 Warmhalten des Dreiwegekatalysators im Leerlauf bei längeren Leerlaufphasen

Das Steuergerät Verbrennungsmotor berechnet kennfeldabhängig Einspritzdauer und -druck auf Basis folgender Signale:

 Kraftstoffdruck und -temperatur

 Hallsignal Einlassnockenwelle

 Hallsignal Auslassnockenwelle

 Kühlmitteltemperatur

 Ladelufttemperatur vor Drosselklappe

 Ladelufttemperatur nach Drosselklappe

 Druck nach Drosselklappe, Motorlast

 Motorlastanforderung

 Fahrpedalsensor, Fahrpedalbetätigung (schnell oder langsam)

 Motordrehzahl

 Lambdawert vor Katalysator

Zusätzlich werden die Anforderungen der Funktion Drehmomentkoordination berücksichtigt.

Das Steuergerät Verbrennungsmotor regelt die Einspritzdauer unter folgenden Betriebsbedingungen:

 Teillastbetrieb

 Volllastbetrieb

 Lastwechsel

 Über die Einspritzdauer (Öffnung des Injektors) wird dem Injektor die Einspritzmenge zugeteilt.

Teillastbetrieb

Im Teillastbetrieb wird vom Steuergerät Verbrennungsmotor bei betriebswarmem Motor die Ansteuerzeit der Kraftstoffinjektoren in Abhängigkeit folgender Faktoren berechnet:

 Lambdaregelung

 Kraftstoffdruck

 Angefordertes Motordrehmoment

Volllastbetrieb

Um das maximale Motordrehmoment sicherzustellen, wird im Volllastbetrieb vom Steuergerät Verbrennungsmotor bei voll geöffneter Drosselklappe die Ansteuerzeit der Kraftstoffinjektoren verlängert und der Einspritzdruck erhöht.

 Am Fahrpedalsensor sind ca. 10 bis 90 % Verdrehbereich als Teillast und mehr als ca. 90 % Verdrehbereich als Volllast definiert.

Lastwechsel

Bei einer schnellen Änderung der Fahrpedalstellung, z. B. bei der Fahrzeugbeschleunigung, wird die Drosselklappe mit hoher Geschwindigkeit geöffnet oder geschlossen. Dabei kann es zu einem kurzzeitigen Abmagern oder Anfetten des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommen. Das Steuergerät Verbrennungsmotor passt dementsprechend das Kraftstoff-Luft-Gemisch an, indem es kennfeldabhängig die Ansteuerzeit der Kraftstoffinjektoren verlängert oder verkürzt. Dadurch werden Ruckelerscheinungen, die durch schnelles Öffnen und Schließen der Drosselklappe verursacht werden, verhindert.

Beispielhafte Darstellung Kraftstoffhochdruckkreislauf 4-Zylinder Dieselmotor

8.1	Kraftstoffinjektor Zylinder 1
8.2	Kraftstoffinjektor Zylinder 2
8.3	Kraftstoffinjektor Zylinder 3
8.4	Kraftstoffinjektor Zylinder 4
9	Hochdruckleitungen
10	Kraftstoffverteiler
11	Kraftstoffdrucksensor Hochdruck
12	Mengenregelventil
13	Kraftstoffhochdruckpumpe
14	Zahnrad

P07.00-A000-76

Einspritzregelung Dieselmotor

Beim Dieselmotor sind zur exakten Steuerung der Verbrennung bis zu sechs Einspritzungen pro Arbeitsspiel möglich. Der maximale Einspritzdruck kann bis zu 2000 bar betragen.

Zur Reduzierung des Verbrennungsgeräusches wird im großen Kennfeldbereich eine doppelte Voreinspritzung verwendet. Eine angelagerte Nacheinspritzung wird zur Emissionsoptimierung eingesetzt.

Während der Regeneration des Dieselpartikelfilters erfolgen mehrere getaktete Nacheinspritzungen.

Das Steuergerät Verbrennungsmotor teilt dem Motor, in Abhängigkeit vom Lastzustand und der Kühlmitteltemperatur, die benötigte Kraftstoffmenge zu.

Die Einspritzregelung ist in folgenden Punkten beschrieben:

 Kraftstoffdruckregelung

 Voreinspritzung

 Haupteinspritzung

 Nacheinspritzung

 Einspritzmengenkorrektur

Kraftstoffdruckregelung

Die Kraftstoffdruckregelung wird über die Mengenregelung vom Mengenregelventil an der Kraftstoffhochdruckpumpe gesteuert.

Voreinspritzung

Um das Verbrennungsgeräusch und die Abgasemissionen zu reduzieren, findet vor der Haupteinspritzung eine Voreinspritzung statt, wodurch die Verbrennung weicher abläuft.

Haupteinspritzung

Die Haupteinspritzung erfolgt im Anschluss an die Voreinspritzung und dient der Leistungs- und Drehmomenterzeugung. Die Haupteinspritzung ist durch den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer geregelt.

Nacheinspritzung

Die Nacheinspritzung dient dazu, die Abgastemperatur zu erhöhen sowie den Umwandlungsprozess der Abgasbestandteile im Oxidationskatalysator und die Rußpartikelfilter-Regeneration zu unterstützen. Durch die Erhöhung der Abgastemperatur werden die Rußpartikel im Abgas nachträglich verbrannt.

Einspritzmengenkorrektur

Die Einspritzmengenkorrektur besitzt zusätzlich folgende Voraussetzungen:

 Motordrehzahl zwischen 1000/min und 2600/min, d. h. Schubbetrieb oder normaler Fahrbetrieb

 Motoröltemperatur > 80 °C

Die Einspritzmengenkorrektur unterteilt sich in zwei Teilbereiche:

 Nullmengenkalibrierung

 Haupteinspritzmengenkorrektur

Nullmengenkalibrierung

Aufgrund auftretender Reibung beim Öffnen und Schließen der Kraftstoffinjektoren ergibt sich über die Laufzeit eine geänderte Einspritzmenge. Die geänderte Einspritzmenge kann durch eine Anpassung der Ansteuerdauer korrigiert werden. Während des normalen Motorbetriebs oder im Schubbetrieb wird in definierten Zeitabständen zylinderselektiv eine Piloteinspritzmenge kalibriert. Diese Ansteuerdauer entspricht einer definierten Einspritzmenge. Die Differenz zwischen der neuen und der nominalen Ansteuerdauer wird zu Einspritzmengenkorrektur genutzt.

Haupteinspritzmengenkorrektur

Bei dieser Funktion wird die Haupteinspritzmenge mithilfe der Lambdasonde vor dem Katalysator korrigiert. Dabei wird die Einspritzmenge so lange angepasst, bis der im Steuergerät Verbrennungsmotor hinterlegte Lambda-Sollwert erreicht wird.

Aufgrund von Toleranzen der Kraftstoffinjektoren und des Heißfilmluftmassensensor werden die Emissionswerte beeinflusst. Um die Emissionswerte konstant zu halten, verändert das Steuergerät Verbrennungsmotor über das Abgasrückführstellglied Niederdruck und das Abgasrückführstellglied Hochdruck die Abgasrückführrate. Über das Sensorelement Lambdasonde vor Katalysator wird der Restsauerstoffgehalt überwacht.

Sicherheitskraftstoffabschaltung

Um die Verkehrs- und Insassensicherheit zu gewährleisten, findet unter bestimmten Voraussetzungen eine Sicherheitskraftstoffabschaltung statt.

Das Steuergerät Verbrennungsmotor aktiviert die Sicherheitskraftstoffabschaltung unter folgenden Bedingungen:

 Direktes oder indirektes Crash-Signal

 Mechanischer Fehler im Drosselklappensteller (bei Ottomotoren)

Direktes oder indirektes Crash-Signal

Wenn das Steuergerät Verbrennungsmotor ein Crash-Signal direkt oder indirekt vom Steuergerät SRS erhält, schaltet es die Kraftstoffpumpe und das Mengenregelventil ab. Um die Kraftstoffanlage drucklos zu machen, werden zusätzlich die Kraftstoffinjektoren kurzzeitig angesteuert.

Mechanischer Fehler im Drosselklappensteller (bei Ottomotoren)

Das Steuergerät Verbrennungsmotor vergleicht kontinuierlich die Soll- und Ist Position des Drosselklappenstellers. Wird eine Abweichung und somit ein mechanischer Fehler erkannt, wird die Kraftstoffversorgung abgeschaltet.

	Funktionsschemata
	Funktionsschema Sicherheitskraftstoffabschaltung	Motor 260, 282, 608 im Typ 118, 177, 247Motor 264 im Typ 167	PE07.10-P-2503-97A
		Motor 176, 177 im Typ 167	PE07.10-P-2503-97B
		Motor 139 im Typ 118, 177	PE07.10-P-2503-97C
		Motor 654 im Typ 118, 167, 177, 247Motor 654 im Typ 213, 238, 257 ab Modell-J. 2021Motor 656 im Typ 167, 223	PE07.10-P-2503-97D
		Motor 254, 264 im Typ 213, 238, 257 ab Modell-J. 2021Motor 256 im Typ 167Motor 256 im Typ 213, 238 ab Modell-J. 2021	PE07.10-P-2503-97E
		Motor 256 im Typ 223	PE07.10-P-2503-97F
		Motor 176 im Typ 223	PE07.10-P-2503-97G
	Funktionsschema Einspritzregelung	Motor 608 im Typ 118, 177, 247	PE07.61-P-2500-97A
		Motor 282 im Typ 118, 177, 247	PE07.61-P-2500-97B
		Motor 260 im Typ 118, 177, 247Motor 264 im Typ 167	PE07.61-P-2500-97C
		Motor 654 im Typ 118, 167, 177, 247Motor 654 im Typ 213, 238, 257 ab Modell-J. 2021Motor 656 im Typ 167, 223	PE07.61-P-2500-97D
		Motor 254, 264 im Typ 213, 238, 257 ab Modell-J. 2021Motor 256 im Typ 167Motor 256 im Typ 213, 238 ab Modell-J. 2021	PE07.61-P-2500-97E
		Motor 176, 177 im Typ 167	PE07.61-P-2500-97F
		Motor 139 im Typ 118	PE07.61-P-2500-97G
		Motor 256 im Typ 223	PE07.61-P-2500-97H
		Motor 176 im Typ 223	PE07.61-P-2500-97I
		Motor 279 im Typ 223	PE07.61-P-2500-97J
	Weitere Grundfunktion
	Lambdaregelung Grundfunktion	Motor 139, 176, 177, 254, 256, 260, 264, 279, 282	GF07.10-P-1054A
	Steuergeräte
	Steuergerät Verbrennungsmotor Grundfunktion	Motor alle (PKW)	GF07.08-P-9890A
	Bauteile
	Kraftstoff-Hochdruckpumpe Grundfunktion	Motor alle (PKW)	GF07.02-P-2000A
	Kraftstoffinjektoren Grundfunktion	Motor alle (PKW)	GF07.03-P-2000A
	Kraftstoffdruck-Sensor Kraftstoffverteiler Grundfunktion	Motor 282, 608	GF07.04-P-2005A
	Mengenregelventil Grundfunktion	Motor alle (PKW)	GF07.05-P-2000A
	Drosselklappensteller Grundfunktion	Motor alle (PKW)	GF07.61-P-2000A