Abgasnorm EURO 4 und E-OBD für Dieselmotoren M47TU, M57TU. 11/2003 Update: 03/ (062) Einleitung

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1 VS-22 es Baugruppe/Group: 18 Abgasnorm EURO 4 und E-OBD für Dieselmotoren M47TU, M57TU (062) weltweit Datum/Date: 11/2003 Update: 03/2004 Einleitung Die Abgasnorm EURO 4 ist in Europa ab dem für neu homologierte Fahrzeugtypen vorgeschrieben (homologieren = ein Serienfahrzeug in die internationale Zulassungsliste eintragen). Die Abgasnorm EURO 4 ist ab dem bei der Zulassung von Neufahrzeugen vorgeschrieben. Mit der Abgasnorm EURO 4 werden die Grenzwerte der im Abgas enthaltenen Schadstoffe weiter reduziert. Zudem ist in Europa ab die europäische On-Board-Diagnose (E-OBD) für alle Dieselmotoren in Personenkraftwagen gesetzlich vorgeschrieben. In dieser BMW Technik ist auch eine Auflistung von Fehlerkodes für die E-OBD zu finden. Der 4-Zylinder-Dieselmotor M47TU wird im E46 (Rechtslenker seit 09/2003, Linkslenker seit 03/2004) mit Schaltgetriebe mit der Abgasnorm EURO 4 ausgeführt. In 03/2004 hat die Abgasnorm EURO 4 auch für den 6-Zylinder-Motor M57TU eingesetzt. [Systemübersicht...] Beim M57TU wird der E60/E61 erstmals mit einem Dieselpartikelfilter ausgestattet. Durch den Dieselpartikelfilter werden die im Abgas enthaltenen Rußpartikel mit hoher Filterleistung (> 95 %) abgeschieden. Die Stickoxidemissionen beeinflusst der Dieselpartikelfilter nicht. Die Stickoxid-Emissionen werden durch innermotorische Maßnahmen reduziert. Der von BMW neu entwickelte Dieselpartikelfilter bringt dem Kunden keine Nachteile in Bezug auf: - Wartungsumfang - Kraftstoffverbrauch - Motorleistung Ausgabestand (03/2008) Nur gültig bis zur nächsten DVD-Ausgabe Copyright Seite - 1 -

2 - Geräuschkomfort Der Dieselpartikelfilter ist derzeit für ca Kilometer ausgelegt (Überwachung durch Condition Based Service). Die Verwendung eines Additivs bei der Regeneration des Dieselpartikelfilters ist nicht notwendig (Additiv senkt die Zündtemperatur des Rußes). Bauteil-Kurzbeschreibung Zur Einhaltung der Abgasnorm EURO 4 sind für den M47TU/M57TU folgende Bauteile neu bzw. geändert: - Lambdasonde Für die Einhaltung der Abgasgrenzwerte ist eine Lambdasonde notwendig. Die Lambdasonde wird für die Mengenmittelwertadaption der Injektoren benötigt. Die Lambdasonde misst das Kraftstoff-Luft-Verhältnis. Bei Abweichungen passt die DDE die Abgasrückführungsrate an das veränderte Kraftstoff-Luft-Verhältnis an. - Injektor Das Injektorenkennfeld für die Einspritzmenge ist angepasst. Durch Konstruktionsänderung haben die Injektoren eine stetige Kennlinie. Dadurch wirken sich Änderungen der Einspritzdauer direkt auf Änderungen der Einspritzmenge aus. - Ladedrucksteller (elektrischer Stellantrieb am Abgasturbolader) Der Abgasturbolader hat eine variable Turbinengeometrie (VNT = "variable Turbinengeometrie" vom englischen Begriff "variable nozzle turbine"). Für die Einhaltung der Abgasnorm EURO 4 verstellt jetzt ein elektrischer Ladedrucksteller die variable Turbinengeometrie (bisher hat ein elektropneumatischer Druckwandler die variable Turbinengeometrie verstellt). Durch die erhöhte Verstellgeschwindigkeit und durch ein schnelleres Ansprechen auf Änderungen wird eine genauere Ladedruckregelung erreicht. - Zylinderkopf und Kolben Der Zylinderkopf hat einen geometrisch überarbeiteten Drallkanal und Tangentialkanal. Für eine bessere Gemischbildung ist die Form der Kolbenmulde modifiziert. Dadurch hat sich auch die Form des Kühlkanals im Kolben geändert. - Abgasrückführungskühler Der Abgasrückführungskühler ist jetzt länger. Der Abgasrückführungskühler hat somit eine erhöhte Kühlleistung. Durch den neuen Abgasrückführungskühler wird die Abgastemperatur um ca. 100 C gesenkt (im Fahrzyklus für EURO 4). - Dieselpartikelfilter (nur M57TU im E60, E61) Der Dieselpartikelfilter ist katalytisch beschichtet und nimmt die Rußpartikel im Abgas auf. Kontinuierlich werden die eingelagerten Rußpartikel ab einer Abgastemperatur von ca. 350 C abgebrannt. Zyklisch werden die eingelagerten Rußpartikel bei einer Abgastemperatur von ca. 600 C abgebrannt. Mit dem Einsatz des Dieselpartikelfilters werden für die Digitale Diesel Elektronik (DDE) weitere Bauteile benötigt: Drosselklappe Eine Drosselklappe drosselt unter bestimmten Betriebsbedingungen die Ansaugluft. Dadurch wird in Kombination mit 1 bis 2 Nacheinspritzungen eine Erhöhung der Abgastemperatur bewirkt (Regeneration des Dieselpartikelfilters). Abgasgegendrucksensor vor Dieselpartikelfilter, Abgastemperatursensor vor Katalysator und Abgastemperatursensor vor Dieselpartikelfilter Ausgabestand (03/2008) Nur gültig bis zur nächsten DVD-Ausgabe Copyright Seite - 2 -

3 Mit dem Abgasgegendrucksensor wird die Beladung des Dieselpartikelfilters im Fahrbetrieb berechnet. Wenn der Dieselpartikelfilter zu viele Rußpartikel gespeichert hat, wird eine Regeneration eingeleitet. Als weitere Größe wird die Abgastemperatur vor dem Dieselpartikelfilter gemessen. Die Messung des Abgasgegendrucks durch den Abgasgegendrucksensor allein reicht nicht aus (Lastabhängigkeit). Aus beiden Signalen ermittelt die DDE die genaue Beladung des Dieselpartikelfilters. Der Abgastemperatursensor vor Katalysator überwacht die Abgastemperatur vor dem Oxidationskatalysator. Eine Regeneration des Dieselpartikelfilters kann erst ab einer Abgastemperatur von ca. 350 C ablaufen. Systemfunktionen Dichte Drallklappen Der M57TU hat vollkommen dichte Drallklappen (im E46 elektrisch angesteuert, sonst über Unterdruck angesteuert). Dadurch entsteht im unteren Teillastbetrieb keine Leckage um die Drallklappen, wodurch eine Drallerhöhung möglich wird. Zudem können durch die elektrische Ansteuerung verschiedenste Zwischenstellungen der Drallklappe realisiert werden. Trotz Toleranzen der Bauteile und Einflüssen über die Laufzeit auf Bauteile (z. B. Verschleiß) muss beachtet werden: Die Abgasgrenzwerte müssen mit einem ausreichend großen Sicherheitsabstand eingehalten werden. Größere emissionsrelevante Streuungen sind in erster Linie für folgende Bauteile zu erwarten: - Injektoren - Luftmassenmesser - Raildrucksensor Die Toleranzen der Bauteile und die Einflüsse über der Laufzeit auf Bauteile müssen kompensiert werden. Zur Kompensation gibt es für die DDE (Digitale Diesel Elektronik) folgende Systemfunktionen: - Injektormengenabgleich - Nullmengenadaption - Mengenmittelwertadaption - Regeneration des Dieselpartikelfilters (nur M57TU im E60, E61) Injektormengenabgleich Injektormengenabgleich ist die Festlegung von Korrekturwerten für die Voreinspritzung und Haupteinspritzung eines Injektors. Der Injektormengenabgleich wird am Ende des Fertigungsprozesses durchgeführt. Durch die Toleranzen bei der Herstellung der Injektoren weicht die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge geringfügig von der berechneten Kraftstoffmenge ab. Diese Abweichung wird nach der Herstellung für jeden Injektor in mehreren Betriebspunkten durch Messungen ermittelt. Aus den Messungen wird für jeden Injektor ein Abgleichwert (Kode) erzeugt. Der Aufbau des alphanumerischen Kodes ist abhängig von der Abgasnorm des Motors. Abgasnorm EURO 3: sechsstellig (z. B. 78SNGT) Abgasnorm EURO 4: siebenstellig (z. B. 88S66NB) Bei der Fahrzeugmontage wird nach dem Einbau des DDE-Steuergeräts der Abgleichwert jedes Injektors im DDE-Steuergerät gespeichert. Die Abgleichwerte sind entsprechend dem Einbau der Injektoren den einzelnen Zylindern zugeordnet. Mit diesen Abgleichwerten korrigiert das DDE-Steuergerät die berechneten Einspritzmengen geringfügig und verringert so die zylinderspezifische Abweichung der Einspritzmenge. Wenn Injektoren erneuert oder getauscht werden, muss sicher gestellt werden, dass der aufgedruckte alphanumerische Kode eines jeden Injektors im DDE-Steuergerät dem richtigen Zylinder zugeordnet ist. Im BMW Diagnosesystem gibt es die Servicefunktion "Injektormengenabgleich". Mit dieser Servicefunktion kann der Kode für jeden Zylinder im DDE-Steuergerät geändert und gespeichert werden. Für Zylinder, für die kein neuer Abgleichwert eingegeben wird, bleiben die bisherigen Abgleichwerte im DDE- Steuergerät erhalten. Wenn das DDE-Steuergerät erneuert wurde und keine Kommunikation mehr mit dem bisherigen Steuergerät möglich war, muss der Injektormengenabgleich ebenfalls durchgeführt werden. Die Kodes der eingebauten Injektoren müssen abgelesen und in das DDE-Steuergerät gespeichert werden. Ausgabestand (03/2008) Nur gültig bis zur nächsten DVD-Ausgabe Copyright Seite - 3 -

4 Nullmengenadaption Nullmengenadaption ist der Adaptionsvorgang, der nach der Einlaufphase (ca km) für jeden einzelnen Injektor das Vorhandensein einer definierten Voreinspritzung garantiert. Für die Einhaltung der Abgasnorm EURO 4 ist eine exakte Dosierung der sehr geringen Einspritzmenge für die Voreinspritzung notwendig. Aufgrund der Abweichung für die Einspritzmenge über die Laufzeit wird die Nullmengenadaption vom DDE- Steuergerät ständig durchgeführt. Für jeden Zylinder wird im Schiebebetrieb eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt. Diese Menge wird dabei so lange variiert, bis von der DDE das gewünschte Drehmoment erkannt wird. Zur Berechnung des Drehmoments wird die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle herangezogen. Die Drehungleichförmigkeit wird durch den Kurbelwellengeber erfasst. Somit erkennt die DDE, ab welcher Ansteuerdauer der jeweilige Zylinder zu arbeiten beginnt. Die während der Nullmengenadaption eingespritzte Kraftstoffmenge wird von der DDE als Korrekturwert für das Kennfeld der Voreinspritzung verwendet. Die Nullmengenadaption findet abwechselnd von einem zum nächsten Zylinder pro Schubphase statt bei: Drehzahl 1500 bis /min (Motor betriebswarm) Die Nullmengenadaption hat auf den Kraftstoffverbrauch keinen Einfluss, da nur auf jeweils einem Zylinder eine sehr kleine Kraftstoffmenge (ca. 1 mm 3 ) eingespritzt wird. Mengenmittelwertadaption Mengenmittelwertadaption ist der Adaptionsvorgang, bei dem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis korrigiert wird (Teillastbereich). Die Korrektur erfolgt durch Anpassung der Luftmasse mittels des Abgasrückführungsventils. Während für den Injektormengenabgleich und für die Nullmengenadaption keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, wird für die Mengenmittelwertadaption eine Lambdasonde benötigt. Die Lambdasonde ist eine Breitband- Lambdasonde mit stetiger Kennlinie. Die Mengenmittelwertadaption ist keine "schnelle" Regelung, sondern ein Lernverfahren. Ein Lambdafehler wird in ein Kennfeld "gelernt" und im DDE-Steuergerät dauerhaft gespeichert (EEPROM). Ein Zurücksetzen (Löschen) des Kennfeldes im EEPROM ist beim Austausch folgender Komponenten erforderlich: Luftmassenmesser Injektor Raildrucksensor Für das Zurücksetzen des Kennfelds steht im BMW Diagnosesystem die Servicefunktion "Mengenmittelwertadaption" zur Verfügung. Regeneration des Dieselpartikelfilters (nur bei M57TU im E60, E61) Die Rußbeladung des Dieselpartikelfilters wird über die Betriebspunkte des Motors von der DDE ermittelt. Die Regeneration des Dieselpartikelfilters kann kontinuierlich oder zyklisch durchgeführt werden. Kontinuierliche Regeneration: In Betriebsbereichen, bei denen die Abgastemperatur über der Zündtemperatur des Rußes (> 350 C) liegt, werden die Rußpartikel unmittelbar umgewandelt. Dabei werden die Rußpartikel durch langsame Oxidation zu Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO 2 ) umgewandelt. Als Oxidationsmittel dient dabei das im Abgas vorhandene Stickstoffdioxid (NO 2 ). Das Stickstoffdioxid wird aus Stickstoffmonoxid (NO) im Oxidationskatalysator gebildet. Wenn die Abgastemperatur für diesen Vorgang nicht ausreicht, werden die anfallenden Rußpartikel zunächst im Dieselpartikelfilter gesammelt und bei der nächsten Erhöhung der Abgastemperatur abgebrannt. Zyklische Regeneration: Wenn die Fahrweise keine kontinuierliche Regeneration des Dieselpartikelfilters zulässt (z. B. lang anhaltender Teillastbetrieb im Stadtverkehr bei niedriger Abgastemperatur), wird eine gezielte Regeneration Ausgabestand (03/2008) Nur gültig bis zur nächsten DVD-Ausgabe Copyright Seite - 4 -

5 eingeleitet. Dieser Prozess wird über die Signale des Abgasgegendrucksensors und der beiden Abgastemperatursensoren gesteuert. Die zyklische Regeneration läuft wie die kontinuierliche Regeneration ohne merkliche Auswirkungen auf das Fahrverhalten ab. Abhängig von dem Lastzustand des Motors wird die Regeneration durch die gezielte Drosselung der Ansaugluft in Kombination mit 1 bis 2 Nacheinspritzungen durchgeführt. Dabei wird die Abgastemperatur auf ca. 600 C angehoben. Der im Abgas vorhandene Restsauerstoff (O 2 ) ermöglicht den Abbrand des Rußes. Die Dauer der Regeneration des Dieselpartikelfilters kann dabei mehrere Minuten betragen. Die Intervalle für die Regeneration hängen von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs auf den letzten 500 Kilometern ab. Bei hohen Abgastemperaturen wird durch dauerndes Abbrennen der Rußpartikel weniger Ruß eingelagert. Zusätzlich wird alle 700 bis 2500 Kilometer (je nach Fahrprofil) eine Regeneration des Dieselpartikelfilters eingeleitet. Bei Ausfall des Abgasgegendrucksensors oder eines der Abgastemperatursensoren wird der Dieselpartikelfilter alle 500 Kilometer regeneriert. Hinweise für den Service Folgende Hinweise für den Service beachten: - Allgemeine Hinweise: - Diagnose: - Codierung/Programmierung: Car- und Key-Memory: --- Druckfehler, Irrtümer und technische Änderungen vorbehalten. Ausgabestand (03/2008) Nur gültig bis zur nächsten DVD-Ausgabe Copyright Seite - 5 -