Aufladung Funktion

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.

Aufladung

Durch die Aufladung wird der Zylinderfüllungsgrad verbessert. Damit erhöhen sich das Motordrehmoment und die Motorleistung. Die der erhöhten Luftmasse entsprechende Kraftstoffmenge wird vom Steuergerät ME zugemessen.

Bei der Aufladung wird die Strömungsenergie der Abgase zum Antrieb des Abgasturboladers genutzt. Der Abgasturbolader saugt Frischluft über den Luftfilter am Verdichtereintritt an und führt diese über den Verdichteraustritt dem Ladeluftrohr zu. Durch die hohe Drehzahl des Verdichterrads und dem daraus resultierenden hohen Volumenstrom wird die Luft im Ladeluftrohr verdichtet und erwärmt sich. Der maximale Ladedruck beträgt dabei ca. 2,2 bar.

Über das Ladeluftrohr strömt die Ladeluft zum Ladeluftkühler, wo sie auf Temperaturen von ca. 30 °C heruntergekühlt wird. Anschließend wird die Ladeluft zum Ladeluftverteiler geleitet, wo sie den Zylindern zur Verbrennung zugeführt wird.

P09.00-2157-76

Die Aufladung ist in folgende Punkte gegliedert:

 Ladedruckregelung

 Elektrische Zusatzaufladung

 Schubumluft

Ladedruckregelung

Die Ladedruckregelung erfolgt über das Stellglied Ladedruckregelklappe (M16/7). Das Stellglied Ladedruckregelklappe wird kennfeld- und lastabhängig vom Steuergerät ME zur Ladedruckregelung angesteuert. Dazu wertet das Steuergerät ME folgende Signale und Funktionen des Motormanagements aus:

 Ladedruck und Ladelufttemperatur

Druck- und Temperatursensor Ladeluft (B4/32)

Druck- und Temperatursensor vor Drosselklappe (B28/26)

Druck- und Temperatursensor nach Abgasturbolader (B28/17)

 Ansaugdruck

Drucksensor nach Luftfilter (B28/11)

 Lastanforderung vom Fahrer

Das Steuergerät Antriebsstrang (N127) liest die Signale des Fahrpedalsensors (B37) direkt ein und sendet die Fahrpedalstellung über Antriebs-CAN (CAN C1) an das Steuergerät ME.

 Motordrehzahl

Hallsensor Kurbelwelle

 Klopfregelung, Getriebeüberlastschutz, Überhitzungsschutz

Im Volllastbetrieb wird mechanisch bedingt maximaler Ladedruck aufgebaut. Zur Verringerung des Ladedrucks wird der Abgasstrom für den Antrieb des Turbinenrads durch das Öffnen der Ladedruckregelklappe über einen Bypass umgeleitet.

Das Stellglied Ladedruckregelklappe betätigt über ein Gestänge die Ladedruckregelklappe, die den Bypass verschließt. Durch den Bypass wird ein Teil des Abgasstroms am Turbinenrad vorbei gelenkt, wodurch der Ladedruck geregelt und die Turbinendrehzahl begrenzt wird. Damit kann der Ladedruck an die momentane Lastanforderung des Motors angepasst werden.

Zur Überwachung der aktuellen Druck- und Temperaturverhältnisse in der Ladeluftstrecke vom Abgasturbolader zum Ladeluftverteiler wertet das Steuergerät ME die Signale der Druck- und Temperatursensoren aus. Der Ladedruck wird an die motorischen Anforderungen angepasst.

Elektrische Zusatzaufladung

Der Ladedruck ist direkt abhängig von der Drehzahl des Abgasturboladers, welcher vom Abgasstrom angetrieben wird. Daher ist der erzeugbare Ladedruck des Abgasturboladers im unteren Drehzahl-/Teillastbereich eher gering und steigt erst mit zunehmender Drehzahl des Motors. Bei rascher und hoher Leistungsabfrage durch den Fahrer dauert es eine gewisse Zeit, bis maximaler Ladedruck aufgebaut werden kann, sodass die volle Leistung des Motors zur Verfügung steht. Dieses Verhalten bei aufgeladenen Motoren nennt man "Turboloch".

Um dem Turboloch entgegenzuwirken und um über das ganze Drehzahlspektrum hinweg gleichmäßig hohen Ladedruck zur Verfügung zu haben, wird ein Teil des Ladedrucks im unteren Drehzahl-/Teillastbereich durch den elektrischen Zusatzkompressor erzeugt. Der so bereitgestellte Ladedruck beträgt maximal 400 mbar.

Das Motormanagement errechnet abhängig von Lastanforderung, Betriebszustand des Motors und Umgebungsbedingungen den Soll­Ladedruck zu jeder Motordrehzahl. Da der Abgasturbolader im niedrigen Drehzahlbereich nicht den Soll-Ladedruck aufbauen kann, wird die Druckdifferenz zwischen Ist-Ladedruck und Soll-Ladedruck durch das Ansteuern des elektrischen Zusatzkompressors ausgeglichen. Dazu berechnet das Motormanagement die dem benötigten Ladedruck zugemessene Drehzahl des Zusatzkompressors.

Das Steuergerät ME fordert die Ansteuerung des Zusatzkompressors mit Drehzahlen bis zu 3000/min über Antriebssensor-CAN (CAN I) an.

Während der Ansteuerung des Zusatzkompressors werden zur Überwachung des Ladedrucks die Signale des Druck- und Temperatursensors vor Drosselklappe erfasst. Läuft der Abgasturbolader allein, erfolgt die Druckmessung über den Druck- und Temperatursensor nach Abgasturbolader.

P09.00-2164-05

Schubumluft

Der Abgasturbolader dreht durch die Massenträgheit von Welle, Verdichter- und Turbinenrad im Schubbetrieb nach. Beim schnellen Schließen der Drosselklappe läuft darum eine Ladedruckwelle zurück zum Verdichterrad. Diese Ladedruckwelle würde dort einen Zustand mit niedrigem Fördervolumen und hohen Druckverhältnissen verursachen, was zum Laderpumpen führt (kurzer Heulton und mechanische Beanspruchung). Das Öffnen des Umschaltventils Schubumluft verhindert dies durch den schnellen Druckabbau über einen Bypass in die Ansaugseite des Abgasturboladers.

P09.40-2654-82

Im Lastbetrieb des Motors wird der Bypass durch eine mit Ladedruck beaufschlagte Membran geschlossen gehalten.

Ist der Motor abgestellt, wird die Membran über eine integrierte Feder im Umschaltventil Schubumluft in den Dichtsitz gedrückt. Erkennt das Steuergerät ME über das Istwert-Potenziometer 1 (M16/6r1) und das Istwert-Potenziometer 2 (M16/6r2) im Drosselklappensteller (M16/6) das Schließen der Drosselklappe und somit den Schubbetrieb, steuert es das Umschaltventil Schubumluft an. Dabei wird die Membran gegen die Federkraft und den Ladedruck aufgezogen und öffnet den Bypass zur Ansaugseite. Der überschüssige Ladedruck wird dadurch abgebaut.

Wechselt der Motor vom Schubbetrieb in den Lastbetrieb, wird das Umschaltventil Schubumluft nicht länger angesteuert. Die Feder drückt die Membran in Richtung des Dichtsitzes. Dort wird die Membran vom vorherrschenden Ladedruck in den Dichtsitz gezogen und verschließt somit wieder den Bypass.

P09.40-2655-76