Funktionsvoraussetzung allgemein
Motor läuft
Das Steuergerät ME (N3/10) erkennt den Motorlauf durch das Auswerten der Signale des Hallsensors Kurbelwelle (B70). Das Steuergerät ME liest die Signale des Hallsensors Kurbelwelle direkt ein.
Nockenwelleneinstellung allgemein
Mit der Nockenwelleneinstellung können die zwei Nockenwellen stufenlos bis zu 40° KW (Kurbelwinkel) nach "früh" und "spät" verstellt werden. Damit kann die Ventilüberschneidung beim Ladungswechsel in weiten Grenzen variiert werden.
Dadurch werden der Verlauf des Motordrehmoments optimiert und das Abgasverhalten verbessert.
Ventilüberschneidung
Einlassventile öffnen, bevor die Auslassventile geschlossen sind.
Das Steuergerät ME bewertet zur Umsetzung der Nockenwelleneinstellung folgende Signale:
Einlassnockenwellen-Stellung
Hallsensor Einlassnockenwelle (B6/15)
Auslassnockenwellen-Stellung
Hallsensor Auslassnockenwelle (B6/16)
Kühlmitteltemperatur
Kühlmitteltemperatur-Sensor (B11/4)
Motorlast
Druck- und Temperatursensor nach Abgasturbolader (B28/17)
Motordrehzahl
Hallsensor Kurbelwelle
Motorölstand
Füllstandssensor Motoröl (B40/6)
Öldruck und Öltemperatur
Druck- und Temperatursensor Motoröl (B149/1)
Der Funktionsablauf ist in folgenden Punkten beschrieben:
Freigabe Nockenwelleneinstellung
Öldruck
Verstellung
Verstellbereich
Startstellung
Ventilüberschneidung
Überwachung der Nockenwellenpositionen
Diagnose
Ventilhubumschaltung Einlassnockenwelle
Freigabe Nockenwelleneinstellung
Die Freigabe der Nockenwelleneinstellung durch das Steuergerät ME erfolgt abhängig von der Motordrehzahl und der Motoröltemperatur.
Die Motoröltemperatur wird vom Steuergerät ME aus verschiedenen Betriebsdaten (z. B. Kühlmitteltemperatur, Zeit, Motorlast) und einem gespeicherten Temperaturmodell bestimmt.
Die Motoröltemperatur ist wichtig, um auch bei heißem Motoröl genügend Öldruck (> 1,5 bar) für die Verstellung der Nockenwellen bereitzustellen.
Die Freigabe der Verstellung der Auslassnockenwelle erfolgt im Vergleich zu der Einlassnockenwelle erst bei einer höheren Drehzahl. Damit wird beim Auslass auch bei niedrigem Öldruckniveau das Erreichen der Verriegelungsposition gegen die "spät" wirkenden Reaktionsmomente der Nockenwelle sichergestellt. Zur Unterstützung ist in jedem Nockenwellensteller eine Rückstellfeder angeordnet.
Wenn beide Nockenwellen verstellt werden, erfolgt die Verstellung der Auslassnockenwelle verzögert (später). Damit werden Ölversorgungsprobleme verhindert und eine sichere Funktion des Verriegelungsmechanismus gewährleistet.
Die Freigabe der Nockenwelleneinstellung erfolgt lastabhängig:
Bei 80 °C Motoröltemperatur ab ca. 600/min
Bei 120 °C Motoröltemperatur (Einlassseite) ab ca. 800/min
Bei 120 °C Motoröltemperatur (Auslassseite) ab ca. 1050/min
Öldruck
Um eine ausreichende Ölversorgung zu gewährleisten und um bei Bedarf den Öldruck zu senken (Kraftstoffersparnis), wird der Öldruck über das Ventil Pumpe Motoröl (Y130) geregelt.
Verstellung
Der Stellmagnet Einlassnockenwelle (Y49/1) und der Stellmagnet Auslassnockenwelle (Y49/2) werden vom Steuergerät ME mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert. Über das kennfeldabhängige Tastverhältnis werden die Steuerkolben verstellt. Entsprechend ihrer Stellung werden die Ölfüllmengen (Hydrauliköl) für die Nockenwellensteller gesteuert. In den Nockenwellenstellern werden so die Flügelkolben, die mit den Nockenwellen fest verbunden sind, durch das Hydrauliköl verdreht.
Verstellbereich
Einlassnockenwelle: 4° KW vor OT (oberer Totpunkt) bis 36° KW nach OT (Einlass öffnet)
Auslassnockenwellen: 25° KW vor OT bis 15° KW nach OT (Auslass schließt)
Startstellung
Einlassnockenwellen: 36° KW nach OT (Einlass öffnet)
Auslassnockenwellen: 25° KW vor OT (Auslass schließt)
Für den Start werden die Nockenwellen durch Verriegelungsbolzen in einer festen Position fixiert (verriegelt). Diese Startstellung wird beim ersten Ansteuern der Stellmagnete Einlassnockenwelle und Auslassnockenwelle hydraulisch entriegelt.
Dargestellt Ölströme im Nockenwellensteller Einlassnockenwelle |
1/2 | Steuerkolben |
A | Ölvorratsraum für Spätverstellung |
B | Ölvorratsraum für Frühverstellung |
C | Hydrauliköl aus Einlassnockenwelle |
D | Drehrichtung |
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Ventilüberschneidung
Bei geringer Motordrehzahl und -last wird vom Steuergerät ME eine große Ventilüberschneidung eingestellt, um eine innere Abgasrückführung zu erreichen. Dabei wird weniger Frischgas angesaugt, weil noch sauerstoffarme Abgase in den Zylindern vorhanden sind. Dadurch sinkt die Verbrennungstemperatur und die Bildung von Stickoxiden (NOx) wird reduziert.
Die angesaugte Luftmasse reduziert sich um die Menge der noch vorhandenen Abgase. Entsprechend wird vom Steuergerät ME die Einspritzdauer verkürzt.
Die kleinste Ventilüberschneidung beim Ladungswechsel ergibt sich, wenn die Auslassnockenwelle maximal vor OT (früh) und die Einlassnockenwelle maximal nach OT (spät) verstellt wird. Durch den erhöhten Frischgasanteil werden ein höheres Motordrehmoment und eine höhere Motorleistung erreicht.
Überwachung der Nockenwellenpositionen
Die Positionen der Nockenwellen werden vom Hallsensor Einlassnockenwelle und vom Hallsensor Auslassnockenwelle erfasst und dem Steuergerät ME mitgeteilt. Die Erfassung der Positionen erfolgt durch die Erkennung der Stellungen der Impulsräder, die sich vorn auf den Nockenwellen befinden.
Dargestellt Einlassnockenwellen-Verstellung |
1 | Steuerventil |
1/1 | Ventilkörper |
1/2 | Steuerkolben |
1/3 | Rückstellfeder |
2 | Nockenwellensteller |
3 | Einlassnockenwelle |
Y49/1 | Stellmagnet Einlassnockenwelle |
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Dargestellt Nockenwellensteller Einlassnockenwelle |
2/1 | Verriegelungsbolzen |
2/2 | Dichtleisten mit Blattfedern |
2/3 | Druckfeder |
2/4 | Flügelkolben |
2/5 | Antriebsrad |
2/6 | Deckel |
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Diagnose
Bei der Diagnose der Nockenwelleneinstellung wird vom Steuergerät ME geprüft, ob sich die Nockenwellen beim Motorstart in Startstellung befinden und ob die angeforderte Verstellung nach einer kurzen Motorlaufzeit erreicht wird. Außerdem werden Endstufenfehler (im Steuergerät ME) der Stellmagnete Nockenwelle und defekte Hallsensoren Nockenwelle erkannt.
Ventilhubumschaltung Einlassnockenwelle
Mit der Ventilhubumschaltung erfolgt eine kennfeldabhängige, zweistufige Umschaltung der Nocken auf der Einlassnockenwelle.
Durch die Umschaltung der Nockenwelle auf einen kleineren Hub schließen die Einlassventile früher. Dies führt zu einer Optimierung des Ladungswechsels im Teillastbereich. Die Ventilhubumschaltung auf den kleinen Nockenhub wird in einem Drehzahlbereich von 1000 bis 4000/min durchgeführt.
Das Steuergerät ME steuert zur Ventilhubumschaltung folgende Bauteile mit einem pulsweitenmodulierten Signal an:
Stellglied CAMTRONIC Einlass Zylinder 1 und 2 (Y49/19)
Stellglied CAMTRONIC Einlass Zylinder 3 und 4 (Y49/20)
Stellglied CAMTRONIC Einlass Zylinder 5 und 6 (Y49/21)
Dabei wird eine Spule im entsprechenden Stellglied bestromt und ein Stößel fährt in eine entsprechende Kurvenbahn auf der Nockenwelle. Durch die Drehung der Nockenwelle und die Formgebung der Kurvenbahn wird die Nockenwelle axial verschoben und der kleinere Nocken wirkt auf die Einlassventile.
Eine Erhebung in der Kurvenbahn bewirkt, dass der Stößel wieder in die Ausgangsposition gebracht wird.
Zur Rückstellung der Nockenwelle auf großen Hub fährt ein zweiter Stößel in eine entsprechende Kurvenbahn und die Rückstellung erfolgt sinngemäß.
Die Lagebestimmung der Stößel erfolgt über einen integrierten Hallsensor im jeweiligen Stellglied, welche zur Ventilhubumschaltung ein Signal an das Steuergerät ME sendet.
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Dargestellt Einlassnockenwelle von links |
Y49/19 | Stellglied CAMTRONIC Einlass Zylinder 1 und 2 | N2 | Nockenstücke Zylinder 2 | |
Y49/20 | Stellglied CAMTRONIC Einlass Zylinder 3 und 4 | N3 | Nockenstücke Zylinder 3 | |
Y49/21 | Stellglied CAMTRONIC Einlass Zylinder 5 und 6 | N4 | Nockenstücke Zylinder 4 | |
Hf | Nocken mit flacher Hubkurve | N5 | Nockenstücke Zylinder 5 | |
Hs | Nocken mit steiler Hubkurve | N6 | Nockenstücke Zylinder 6 | |
K | Kurvenbahnen | S | Stößel | |
N1 | Nockenstücke Zylinder 1 |
Referenzierte Dokumente
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