Übersicht Neuerungen/ Änderungen Einführung neuer V-Motor M276 mit Abgasturboaufladung

Einführung neuer Motor 276 E30 DEH LA
Allgemeines
Ab der Modellpflege der E-Klasse in 04/2013 wird die Motorisierung um einen neuen 6-Zylinder Benzinmotor M276 E30 DEH LA mit Abgasturboaufladung ergänzt.
Der weiterentwickelte Motor wird als E400 in der Limousine und im T-Modell mit und ohne 4MATIC angeboten.
Durch die Abgasturboaufladung bei der neuen Variante des Motors 276 mit 3 Liter Hubraum ist es gelungen, Drehmoment und Leistung deutlich zu erhöhen.

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Kurzbeschreibung

Neuerungen

 Verringerung des Gesamthubraums des Motors auf 2996 cm3

 Erhöhung des Nenndrehmoments auf 480 Nm bei 1400 bis 4000/min

 Erhöhung der Nennleistung auf 245 kW bei 5500/min

 Steifes Kurbelgehäuse aus Vollaluminium

 Zylinderlaufbuchsen mit innovativer "Nanoslide"-Beschichtung, gefertigt im LDS-Verfahren (Lichtbogen-Draht-Spritzen) und daraus resultierender Gewichtsreduzierung und Minderung der Reibverluste

 Spontan ansprechender Abgasturbolader mit Waste-Gate-Regelung pro Zylinderreihe

 Abgaskrümmer und Turbinengehäuse als kompaktes Bauteil in Stahlguss ausgeführt

 Kompakter Wasser-Luft-Ladeluftkühler mit motorseitig angebrachtem, separatem Ausgleichsbehälter für optimale Kühlung der Ladeluft und einem guten thermodynamischen Wirkungsgrad

 Anpassung der Regenerierung des Aktivkohlefilters an die Anforderungen der Abgasturboaufladung durch Einführung der Volllast-Regenerierung

 Zweistufiges Motor-Entlüftungssystem mit rotierendem Radialabscheider und nachgeschaltetem Volumen-Feinabscheider für optimale Reinigung der Blow-by-Gase

 Anpassung der Leitungsanordnung der Hochdruck-Einspritzanlage an gestiegene Anforderungen des Motors und Einsatz einer stärkeren Kraftstoff-Hochdruckpumpe aus den V8-Motoren

 Erfüllung der strengeren Abgasnorm EU6

Bewährtes

 Vier Ventile pro Zylinder

 Jeweils zwei Nockenwellenversteller für Ein- und Auslassseite sorgen für einen optimierten Verlauf des Motordrehmoments und ein verbessertes Abgasverhalten

 Geräuscharmes Kettentriebsystem mit Zahnketten (Steuerkettentrieb aus drei einzelnen Kettentrieben, die sich über jeweils einen separaten Kettenspanner abstimmen lassen)

 Kompakte Flügelzellen-Ölpumpe mit bedarfsgerechter Mengenregelung und zwei Druckstufen

 Leistungsoptimierter Öl- und Kühlmittelpumpenantrieb

 Benzin-Direkteinspritzung der 3. Generation mit 200 bar Kraftstoffdruck, Piezo-Einspritzdüsen und strahlgeführter Mehrfacheinspritzung

 Mehrfacheinspritzung mit bis zu fünf Einspritzungen pro Arbeitsspiel

 Multifunken-Zündanlage für optimale Zündung und Verbrennung (Multispark-Betrieb)

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Abgasturboaufladung

Je Zylinderreihe ist ein kompakt gehaltener, spontan ansprechender Abgasturbolader mit Waste-Gate-Regelung verbaut. Durch die Abgasturboaufladung konnte der Füllungsgrad der Zylinder erheblich verbessert und somit die abgegebene Leistung, bei gleichzeitiger Verringerung des Hubraums, erhöht werden. In Verbindung mit der modernen Direkteinspritzung konnte zudem auch ein geringerer spezifischer Verbrauch erzielt werden.

Durch diese Maßnahmen konnte das begonnene Downsizing und die konsequente Modularisierung bei den V6-Motoren erfolgreich fortgesetzt werden.

Nach dem Ansaugen der Frischluft durch die Luftfilter wird diese dem Abgasturbolader je Zylinderreihe zur Verdichtung zugeführt. Die integrierte Ladedruck- und Schubumluftregelung sorgen für einen optimierten Drehmomentverlauf und einen effizienten Einsatz der Abgasturbolader.

Infolge der Verdichtung der Luft kann diese sich bis zu ca. 150 °C erwärmen, was zu einer nachteiligen Ausdehnung der Ladeluft und einem geringeren Füllungsgrad führt. Dem wird mit einer Abkühlung der Ladeluft durch einen kompakten Ladeluftkühler begegnet, der an den Niedertemperatur- Kühlkreislauf angeschlossen ist. Anschließend wird die Ladeluft im Ladeluftverteilerrohr, mit einem Druck von bis zu ca. 0,8 bar, den einzelnen Zylinder zugeführt.

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Zylinderkopf mit optimierter Abgasführung für die Impulsaufladung

Eine Ausrichtung der Auslasskanäle schon im Zylinderkopf, hin zum Turbinengehäuse, ermöglicht eine Impulsaufladung (direct-pulse charging) einhergehend mit ausgezeichneten Ansprechverhalten bei Lastwechseln.

 Impulsaufladung
Die Druckwelle des Abgases von den öffnenden Auslassventilen bleibt bis zum Eintritt in den Abgasturbolader fast vollständig erhalten und ermöglicht dadurch eine extrem schnelle Beschleunigung des Turbinenrades.

Ladedruckregelung

Prinzipbedingt dreht sich die Welle des Abgasturboladers durch die antreibenden Abgasmengen mit steigender Motordrehzahl immer schneller. Je schneller sich die Turbine dreht, desto mehr Luft fördert der Verdichter, was durch die wachsende Abgasmenge wiederum die Turbine noch mehr antreibt. Dadurch kann der Verdichter seine Fördergrenze erreichen oder die mechanischen und thermischen Grenzen des Motors werden überschritten.

Um dies zu verhindern und um die Abgabeleistung in praktikablen Grenzen zu halten, also die Aufladung des Motors zu begrenzen, wird der Ladedruck und die Förderleistung des Verdichters durch die Ladedruckregelung begrenzt.

Die Regulierung des Ladedrucks erfolgt elektropneumatisch über den Druckwandler Ladedruckregelung (Y31/5). Dazu wird dieser kennfeldabhängig vom Steuergerät ME angesteuert.

Zur Verringerung des Ladedrucks werden die vier Abgasströme über jeweils einen Bypass direkt in den Abgaskrümmer umgeleitet und begrenzen damit die Turbinendrehzahl. Die Bypässe werden von den Ladedruckregelklappen, welche pneumatisch über Unterdruckdosen betätigt werden, geschlossen. Im nicht betätigten Zustand sind die Ladedruckregelklappen durch Federkraft geöffnet.

Damit kann der Ladedruck an die momentane Lastanforderung des Motors angepasst werden.

Schubumluftregelung

Der Abgasturbolader dreht durch die Massenträgheit von Welle, Verdichter- und Turbinenrad nach Schubbeginn etwas nach.

Beim schnellen Schließen der Drosselklappe läuft darum eine Ladedruckwelle zurück zum Abgasturbolader. Diese Ladedruckwelle würde am Verdichterrad einen Zustand mit niedrigem Fördervolumen und hohen Druckverhältnissen verursachen, was zum Laderpumpen führt (kurzer Heulton und mechanische Beanspruchung).

Durch das Öffnen der Umschaltventile Schubumluft links und rechts (Y101/1, Y101/2) werden diese Druckspitzen über einen Bypass-Kanal in die Ansaugseite des Abgasturboladers abgeleitet.

Im Lastbetrieb des Motors wird der entsprechende Bypass-Kanal sicher geschlossen gehalten.

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Ladeluftkühlung
Ein kompakter Ladeluftkühler und kurze Strömungswege ermöglichen geringe strömungsmechanische Widerstände und tragen zu einer hohen Effizienz des Motors bei.
Die abgekühlte Luft nach dem Ladeluftkühler hat eine höhere Dichte. Dadurch erhöhen sich der Zylinderfüllungsgrad und somit die Motorleistung. Außerdem werden die Klopfneigung und durch niedrigere Abgastemperaturen die Bildung von Stickoxiden (NOx) verringert.
Zur Kühlung der heißen Abgasturbolader nach dem Abstellen des Motors wird der Niedertemperatur-Kühlkreislauf über die Umwälzpumpe Ladeluftkühler einige Minuten separat mit Kühlmittel versorgt.

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Motorentlüftung

Die Motorentlüftung stellt bei allen Betriebsbedingungen des Motors sicher, dass Überdruck und überschüssige Gase aus dem Kurbelgehäuse abgeführt und dem Motor über den Ansaugtrakt wieder zur Verbrennung zugeführt werden. Um ein schlechtes Emissionsverhalten des Motors und einen erhöhten Ölverbrauch zu vermeiden, müssen die abgesaugten Gase vorher von Öldämpfen gereingt werden.

Beim M276 E30 DEH LA kommt ein zweistufiges Entlüftungssystem zum Einsatz, welches aus einer Zentrifuge für die Grob- und Feinabscheidung und aus einem, im Innen-V des Motors angeordnetem, Feinstabscheider besteht.

Da die Motorentlüftung sowohl bei Teillast- als auch bei Volllast beaufschlagt ist, wird durch die mit Nockenwellendrehzahl rotierende Zentrifuge ein sehr hoher Ölabscheidungsgrad erreicht. Letzte Ölreste werden durch den Feinstabscheider aufgefangen.

Durch die neue zweistufige Motorentlüftung wird das Emissionsverhalten verbessert, der Ölverbrauch gesenkt und die Ölalterung positiv beeinflusst.

Entlüftung des Kraftstoffbehälters / Regenerierung des Aktivkohlebehälters

Der Gesetzgeber schreibt vor, dass bei der Entlüftung des Kraftstoffbehälters keine Kraftstoffdämpfe ins Freie gelangen dürfen. Dazu werden die Kraftstoffdämpfe im Aktivkohlebehälter gespeichert, bei entsprechender Beladung des Aktivkohlefilters abgesaugt und dann dem Motor zur Verbrennung zugeführt.

Funktionsablauf Teillast-Regenerierung

Im Teillastbetrieb werden die im Aktivkohlebehälter (77) gespeicherten Kraftstoffdämpfe durch den bestehenden Unterdruck über das Umschaltventil Regenerierung, das Rückschlagventil Teillastbetrieb (71) und die Teillast-Regenerierleitung (1) hinter die Drosselklappe abgesaugt und im Motor verbrannt.

Durch den Einsatz der Abgasturboaufladung bei dem Motor 276 DEH LA herrscht im Volllastbetrieb ein Überdruck hinter der Drosselklappe, der das Absaugen der Kraftstoffdämpfe über die Teillast-Regenerierleitung verhindert. Das Rückschlagventil Teillastbetrieb verhindert einen Druckaufbau in Richtung des Aktivkohlebehälters. Somit kann der Aktivkohlefilter bei dauerhaftem Lastbetrieb des Motors nicht ordnungsgemäß regeneriert werden. Mit der Volllast-Regenerierung wird diese Anforderung erfüllt.

Funktionsablauf Volllast-Regenerierung

Im Volllastbetrieb erfolgt das Absaugen der Kraftstoffdämpfe über das Rückschlagventil Volllastbetrieb (71/2) und die Volllast-Regenerierleitung (2). Der dazu benötigte Unterdruck wird über eine Venturidüse (74) erzeugt. Die Kraftstoffdämpfe werden dann über die Volllast-Regenerierleitung, den Abgasturbolader (110/1) und den Ladeluftkühler (120) zum Ladeluftverteilerrohr geleitet.

Zur Prüfung, ob die Volllast-Regenerierung freigegeben werden kann, wird das Umschaltventil Regenerierung dreimal schlagartig geöffnet. Dabei müssen Druckspitzen von > 120 mbar auftreten. Der Drucksensor Regenerierung erfasst die bestehenden Druckverhältnisse in der Volllast-Regenerierleitung und gibt ein Signal an das Steuergerät ME.

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