Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651. Systembeschreibung

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1 Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

2 Mercedes-Benz Service Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung Daimler AG Technische Information und Werkstatteinrichtung (GSP/OI) D Stuttgart

3 Impressum Bestellung von Werkstatt-Information Sämtliche gedruckte Werkstatt-Information von GSP/OI, wie zum Beispiel Einführungsschriften, Systembeschreibungen, Funktionsbeschreibungen, Ratgeber Technik, Tabellenbücher und Aufkleber, können Sie wie folgt bestellen: Innerhalb Deutschlands Über unseren GSP/OI-Shop im Internet Link: oder alternativ Telefon: +49 (0)18 05/ Telefax: +49 (0)18 05/ Außerhalb Deutschland: Bitte wenden Sie sich an den für Ihren Markt zuständigen Ansprechpartner. Wichtiger Hinweis Wir möchten Sie darauf hinweisen, dass Werkstatt-Informationen nur in limitierter Auflage produziert werden. Eine zuverlässige Versorgung kann nur über den Routineverteiler sichergestellt werden. Wir empfehlen Ihnen, Ihren Verteiler regelmäßig zu überprüfen. Produkt-Portfolio Über unser vollständiges Produkt-Portfolio können Sie sich auch in unserem Internet-Portal umfassend informieren. Link: Fragen und Anregungen Haben Sie zum vorliegenden Produkt Fragen, Anregungen oder Vorschläge, schreiben Sie uns bitte. Telefax: +49 (0)18 05/ oder alternativ Adresse: Daimler AG GSP/OIS HPC R822, W002 D Stuttgart 2008 by Daimler AG Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung oder Nutzung bedarf der vorherigen schriftlichen Zustimmung der Daimler AG, Abteilung GSP/OIS, HPC R822, W002, D Stuttgart. Das gilt insbesondere für Vervielfältigung, Verbreitung, Bearbeitung, Übersetzung, Mikroverfilmung und die Einspeicherung und/oder Verarbeitung in elektronischen Systemen, einschließlich Datenbanken und Online-Diensten. Bild-Nr. des Titelbildes: P Bestell-Nr. dieser Publikation: /2008

4 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 Gesamtsystem Einführung 6 Systemvergleich 8 Funktionsschema CDI 10 Teilsysteme Kraftstoffsystem 12 Gemischbildung 17 Glühsystem 22 Einlasskanalabschaltung 25 Aufladung 26 Abgasrückführung 30 Abgassystem 32 Systemkomponenten Steuergerät CDI 34 Generator 35 Hochdruckpumpe 36 Rail 38 Raildruckregelventile 39 Piezo-Injektor 40 Glühendstufe 42 Glühkerzen 43 Hallsensor 44 Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 3

5 Inhaltsverzeichnis Positionssensor 45 Temperatursensoren 46 Absperrventil Ölspritzdüsen 48 Ölstandskontrolle 49 Luftmasse und Ansaugluft 50 Drucksensor nach Luftfilter 51 Stellmotor Einlasskanalabschaltung 52 Drosselklappe 53 Heizelement 54 Kondenswassersensor 55 Abgasturbolader 56 Abgasrückführung 60 Umschaltventile 61 Lambdasonde 62 Drucksensoren 63 Anhang Abkürzungen 64 Stichwörter 66 4 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

6 Vorwort Sehr geehrte Leserinnen und Leser, mit der vorliegenden Broschüre stellen wir Ihnen das neue CDI-System von Mercedes-Benz vor. Diese Beschreibung besitzt keine fahrzeugspezifische Gültigkeit und basiert beispielhaft auf dem Common Rail Direct Injection (CDI)-System der zweiten Generation von Delphi. Mit dieser Systembeschreibung bieten wir Ihnen zur Markteinführung einen Überblick über das neue System. Diese Schrift dient vor allem Technikern und Monteuren in den Servicebetrieben als Brücke zwischen den Einführungsschriften und den detaillierten Informationen im Werkstatt-Informations- System (WIS) und im Diagnose-Assistenz-System (DAS). Die Systembeschreibung ist nicht als Grundlage für Reparaturen oder zur Diagnose von technischen Problemen gedacht. Hierfür stehen Ihnen wie gewohnt das Werkstatt-Informations-System (WIS) und das Diagnose-Assistenz-System (DAS) zur Verfügung. Änderungen und Neuerungen werden ausschließlich in den entsprechenden Literaturarten im WIS veröffentlicht. Angaben in der Systembeschreibung können daher von den Veröffentlichungen im WIS abweichen. Alle in dieser Broschüre aufgeführten technischen Daten und Details haben den Stand bei Redaktionsschluss im August 2008 und können daher vom Serienstand abweichen. Der inhaltliche Schwerpunkt der Systembeschreibung liegt auf der typneutralen Darstellung der prinzipiellen Funktionsweisen funktioneller Zusammenhänge: Aufbau und Funktion mit Teilsystemen Zusammenhänge der Bauteile im System Zusammenspiel zwischen dem System und seinen Komponenten Daimler AG Technische Information und Werkstatteinrichtungen (GSP/OI) Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 5

7 6Gesamtsystem Einführung Historie der CDI-Dieselmotoren Seit der ersten Diesel-Direkteinspritzung mit Common Rail, die 1998 im Mercedes-Benz C 220 CDI (OM 611) präsentiert worden ist, etablierte sich der Diesel endgültig in der Oberklasse. Das damalige Common Rail-System erreichte einen maximalen Einspritzdruck von bar. Bei der Common Rail Direct Injection (CDI) wird der Kraftstoff unter Hochdruck direkt in den Brennraum eingespritzt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch die im Motorsteuergerät gespeicherten Kennfelder bestimmt. Die Gemischbildung der angesaugten Luft beginnt bei der CDI während des Verdichtungstaktes im Brennraum. Je nach Lastzustand des Motors kann mehrmals pro Arbeitstakt eingespritzt werden. Die Leistungsausbeute nahm in den folgenden Jahren stetig zu. Die Technik von Direkteinspritzung und Turboaufladung wurden optimiert und sorgten für einen bis dahin kaum vorstellbaren Dieselboom. Mit der Einführung des Motors 646 in der 125-kW- Variante arbeitete das System bereits mit einem maximalen Einspritzdruck von bar und erzeugte ein maximales Motordrehmoment von 400 Nm. Der neue Motor 651 arbeitet jetzt mit einem maximalen Einspritzdruck von bar und erzeugt ein maximales Motordrehmoment von 500 Nm. Des Weiteren kommen direkt angesteuerte Piezo-Injektoren zum Einsatz, die bis zu fünfmal schneller als die bisher eingesetzten Magnetinjektoren arbeiten. Bei der Unterteilung der Einspritzung in Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung ergibt sich eine bessere Verbrennung und damit eine reduzierte Abgasemission. q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung Motor 611 Mit 2,2 l Hubraum und 60 kw bis 95 kw eingesetzt von 1998 bis 2003 in der C-, CLK- und E-Klasse. Motor 646 Mit 2,2 l Hubraum und 100 kw bis 125 kw eingesetzt ab 2003 in der C-, CLK- und E-Klasse. Motor 651 Mit 2,2 l Hubraum und 150 kw eingesetzt ab Oktober 2008 in der C-Klasse.

8 Motor 651 Mit dem Motor 651 kommt ein Paket innovativer Technologien zum Einsatz. Darunter einige Neuentwicklungen, die in dieser Kombination bei keinem anderen serienmäßig gebauten Pkw-Dieselmotor anzutreffen sind. Besonders hervorzuheben sind hier die Piezo- Injektoren, die zweistufige Turboaufladung und der Rädertrieb in Kombination mit Kettentrieb auf der Kraftabgabeseite. Der Abgasgrenzwert nach der Euro-5-Norm wird mit dem bekannten Abgasnachbehandlungssystem aus Oxidationskatalysator und Dieselpartikelfilter (DPF) in vollem Umfang eingehalten. Gleichzeitig wurde sogar ein Leistungsplus von 20 % auf 150 kw bei geringerem Hubraum erzielt und das maximale Motordrehmoment um 25 % auf 500 Nm erhöht. Innermotorische Maßnahmen Einführung Durch die innermotorischen Maßnahmen und die erweiterten Steuerungsfunktionen des Steuergeräts CDI konnten die Stickstoff (NO x )-Emission, der Kohlendioxid (CO 2 )-Ausstoß und der Verbrauch gegenüber dem bereits sparsamen Vorgänger weiter reduziert werden. Folgende Maßnahmen tragen zu einer Verbesserung bei: Optimierter Brennraum Geringere Verdichtung Höherer Zünddruck Geringere Reibleistung durch Wälzlager am Lanchester-Ausgleich Reduzierte innere Reibleistung Gesamtsystem Der Motor 651 zeichnet sich vor allem durch folgende Innovationen aus: Common Rail Direct Injection (CDI)-System der zweiten Generation von Delphi Rädertrieb in Kombination mit Kettentrieb auf der Kraftabgabeseite Zwei Lanchester-Ausgleichswellen zusammen mit der Kurbelwelle in einem Gehäuse integriert (Hauptlagerbrücke) Piezo-Injektoren ohne Leckölleitung Abgasrückführung mit einem im Kühlmittelkreislauf integrierten Vorkühler und einem Abgasrückführkühler mit schaltbarem Bypasskanal Erweitertes Wärmemanagement mit bedarfsgerechter Steuerung der Kühlmittelpumpe und der Ölspritzdüsen Reinölseitig volumengesteuerte Ölpumpe i Hinweis Eine ausführliche Beschreibung des neuen Motors 651 erscheint in der Einführungsschrift. Bestellnummer: Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 7

9 8Gesamtsystem Systemvergleich q Motor EVO Motor Einspritzdruck (max.) bar bar Hochdruckregelung Kraftstoffversorgung über Mengenregelventil und Druckregelventil ungeregelte elektrische Kraftstoffpumpe im Kraftstoffbehälter Kraftstofffilterheizung Serie ab 09/08 Serie Hochdruckpumpe 3-Kolben 2-Kolben Hochdruckpumpenantrieb Kette Zahnrad Mengenregelventil X X Druckregelventil X X Kraftstofftemperaturfühler X X Kraftstoffinjektor-Bauart Magnetinjektoren Piezo-Injektoren Ansteuerung hydraulisch indirekt angesteuert bei Spannungszunahme Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung elektrisch direkt angesteuert bei Spannungsabfall Kraftstoffinjektor 7-Loch-Düse 7-Loch-Düse Mengenabgleich/I2C-Code 18-stellig 24-stellig Laderart 1-stufige Turboaufladung mit variabler Turbinengeometrie 2-stufige Turboaufladung mit starrer Geometrie Ladedruckregelung elektrisch pneumatisch Einlasskanalabschaltung X X

10 Systemvergleich Motor EVO Motor Abgasrückführ-Vorkühler X X Gesamtsystem Regelung der Abgasrückführung (AGR) elektrisch AGR-Ventilart Tellerventil Klappe AGR-Bypass pneumatisch geschaltet Kühlmittelpumpe ungeregelt pneumatisch abschaltbar Ölpumpe ungeregelt reinölseitig geregelt Ölspritzdüsen (Kolbenkühlung) X nicht abschaltbar X abschaltbar Notlauf über Nockenwellensensor X Klopfsensoren 1 2 Kette 2-fach 1-fach Kurbelwellensensor Induktivgeber Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 9

11 Gesamtsystem Funktionsschema CDI Funktionsschema Common Rail Direct Injection (CDI) Starten/Startersteuerung 1 Kombiinstrument, Meldung 2 Klemme 50, Status 3 Starter, Ansteuerung 4 Relais Klemme 87 Verbrennungsmotor, Ansteuerung 5 Glühen, Anforderung 6 Glühkerzen, Ansteuerung 7 Relais Kraftstoffpumpe, Ansteuerung 8 Diagnose Motorsteuerung, Kommunikation 9 Klemme 61, Status 10 Steuergerät Elektronisches Wählhebelmodul, Status 11 Hallsensor Nockenwelle, Signal 12 Kühlmittel-Temperatursensor, Signal 13 Positionssensor Kurbelwelle, Signal 14 Raildrucksensor, Signal 15 Druckregelventil, Ansteuerung 16 Mengenregelventil, Ansteuerung 17 Kraftstoffinjektoren, Ansteuerung 18 Heißfilm-Luftmassenmesser, Signal 19 Ansaugluft-Temperatursensor, Signal 20 Öltemperatursensor, Signal A1 Kombiinstrument A8/1 Senderschlüssel B1 Öltemperatursensor B2/5 Heißfilm-Luftmassenmesser B2/5b1 Ansaugluft-Temperatursensor B4/6 Raildrucksensor B6/1 Hallsensor Nockenwelle B11/4 Kühlmittel-Temperatursensor G2 Generator 10 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

12 Funktionsschema CDI Gesamtsystem L5 Positionssensor Kurbelwelle M1 Starter M3 Kraftstoffpumpe N3/9 Steuergerät CDI N10/1 Steuergerät SAM mit Sicherungs- und Relaismodul vorn N10/1kM Relais Klemme 50 Starter N10/1kN Relais Klemme 87 Motor N10/2 Steuergerät SAM mit Sicherungs- und Relaismodul Fond N10/2kD Relais Kraftstoffpumpe N14/3 Glühendstufe N15/5 Steuergerät Elektronisches Wählhebelmodul N73 Steuergerät elektronisches Zündschloss N80 Steuergerät Mantelrohrmodul R9/1 Glühkerze Zylinder 1 R9/2 Glühkerze Zylinder 2 R9/3 Glühkerze Zylinder 3 R9/4 Glühkerze Zylinder 4 X11/4 Diagnosekupplung Y74 Druckregelventil Y76/1 Kraftstoffinjektor Zylinder 1 Y76/2 Kraftstoffinjektor Zylinder 2 Y76/3 Kraftstoffinjektor Zylinder 3 Y76/4 Kraftstoffinjektor Zylinder 4 Y94 Mengenregelventil CAN B CAN C CAN D CAN E LIN C1 Innenraum-CAN Antriebs-CAN Diagnose-CAN Fahrwerk-CAN Antriebs-LIN Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 11

13 Teilsysteme Kraftstoffsystem Durch die Kraftstoffversorgung wird sichergestellt, dass das Einspritzsystem permanent mit Kraftstoff versorgt wird. Im Fahrbetrieb fördert die Kraftstoffpumpe den Kraftstoff zur Hochdruckpumpe. Von dort wird er mit dem notwendigen Druck zu den Piezo- Injektoren weitergeleitet. Die Kraftstoffversorgung ist in das Niederdrucksystem und das Hochdrucksystem unterteilt. Niederdrucksystem Die elektrische Kraftstoffpumpe fördert den Kraftstoff über den Kraftstofffilter und das Mengenregelventil bis zur Hochdruckpumpe und von dort zum Kraftstoffüberdruckventil. Das Mengenregelventil steuert das Kraftstoffvolumen, das über den Ringkanal den zwei Pumpenelementen der Hochdruckpumpe zugeführt wird. Im Schubbetrieb, d. h. bei geschlossenem Mengenregelventil, wird zur Schmierung der Pumpenelemente der Kraftstoff vom Kraftstoffzulauf über die Nullförderdrossel direkt in den Ringkanal geleitet. Der am Mengenregelventil anliegende Kraftstoffdruck wird vom Kraftstoffüberdruckventil auf 4,0 bar bis 4,5 bar begrenzt. Wird dieser Wert überschritten, öffnet das Kraftstoffüberdruckventil und leitet den überschüssigen Kraftstoff in den Rücklauf zum Kraftstoffbehälter. Zusätzlich wird ein Teil des Kraftstoffs als Schmiermenge vom Kraftstoffüberdruckventil zur Exzenterwelle geleitet. Sollte Luft mit dem Kraftstoff mitgeführt werden, wird die Luft über das Kraftstoffüberdruckventil zum Rücklauf der Hochdruckpumpe geführt und auf diese Weise das Niederdrucksystem entlüftet. Um den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen und zusätzlich die Temperatur des Kraftstoffs niedrig zu halten, regelt das Mengenregelventil den Zufluss des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe. Damit der Kraftstoff auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen durch die Leitungen fließen kann, befindet sich ein Heizelement im Kraftstofffilter. Das Heizelement wird vom vorderen Signalerfassungs- und Ansteuerungsmodul (SAM) mit Strom versorgt. i Hinweis Sendet das Steuergerät Sicherheits-Rückhalte- System ein Crash-Signal an das Steuergerät CDI, wird die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe sofort unterbrochen und das System wird drucklos geschaltet. 12 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

14 Kraftstoffsystem Teilsysteme Niederdrucksystem 1 Druckregelventil 2 Rail 3 Raildrucksensor 4 Hochdruckpumpe 5 Kraftstoffbehälter 6 Saugstrahlpumpe 7 Kraftstoffsieb 8 Beruhigungstopf 9 Kraftstoffpumpe Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 13

15 Teilsysteme Kraftstoffsystem Hochdrucksystem Über das Hochdrucksystem wird der erforderliche Kraftstoffdruck für die Einspritzung erzeugt und gespeichert. Der Kraftstoff wird geregelt von der Hochdruckpumpe in die Rail gefördert. Über die Hochdruckleitungen gelangt der Kraftstoff mit einem maximalen Einspritzdruck von bis zu bar zu den einzelnen Piezo-Injektoren. Das Hochdrucksystem arbeitet zudem leckölfrei. Dabei ist die Einspritzmenge abhängig vom Kraftstoffdruck in der Rail und von der Ansteuerdauer der Piezo- Injektoren. Der Raildruck wird durch das Mengenregelventil bzw. das Druckregelventil vom Steuergerät CDI geregelt. Die zylinderselektive Einspritzmenge wird vom Steuergerät CDI kennfeldabhängig berechnet. Hochdruckregelung Die Hochdruckpumpe verdichtet je nach Signal des Fahrpedalsensors und Motordrehzahl eine bestimmte Menge an Kraftstoff. Der tatsächlich anliegende Kraftstoffdruck und die Kraftstofftemperatur in der Rail werden durch den Raildrucksensor und den Kraftstoff- Temperatursensor erfasst und permanent an das Steuergerät CDI weitergeleitet. a Bauteilbeschädigung Bei Arbeiten am Hochdrucksystem (z. B. Rail, Druckleitungen, Hochdruckpumpe, Kraftstoffinjektoren) ist besonders auf Qualität und Sauberkeit zu achten. Schon geringste Verunreinigungen können sehr schnell zu Motorlaufbeanstandungen und Sachschäden führen. a Sicherheit Nach Abstellen des Motors liegt noch ein Restdruck von 50 bar bis 80 bar im System an. Das Einspritzsystem darf aus Sicherheitsgründen erst nach erfolgtem Druckabbau geöffnet werden. Detaillierte Angaben hierzu liefert das Werkstatt- Informations-System (WIS). 14 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

16 Kraftstoffsystem Teilsysteme Hochdrucksystem 1 Druckregelventil 2 Rail 3 Raildrucksensor 4 Piezo-Injektor 5 Hochdruckpumpe Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 15

17 Teilsysteme Kraftstoffsystem Raildruckregelung Das Steuergerät CDI regelt kennfeldabhängig über das Druckregelventil oder das Mengenregelventil den Raildruck. Dabei wird zwischen der Druckregelventil- Regelung und der Mengenregelventil-Regelung unterschieden. Druckregelventil-Regelung Nach jedem Motorstart wird zuerst das Druckregelventil angesteuert, wobei das Mengenregelventil nicht angesteuert wird und vollständig geöffnet ist. So kann die maximale Kraftstoffmenge zur Hochdruckpumpe gefördert werden. Die Druckregelventil-Regelung erfolgt unter folgenden Bedingungen: Nach jedem Motorstart im Leerlauf bis zu einer Kraftstofftemperatur von 10 C, bei steigender Kraftstofftemperatur. Nach jedem Motorstart im Leerlauf ab einer Kraftstofftemperatur von 5 C, bei fallender Kraftstofftemperatur. Die Druckregelventil-Regelung dient unter anderem dazu, kalten Kraftstoff schnell aufzuwärmen. Das Durchpressen des Kraftstoffs durch den schmalen Spalt im Druckregelventil kann den Kraftstoff unter entsprechenden Bedingungen auf über 150 C erhitzen. Mengenregelventil-Regelung Der Vorteil der Mengenregelventil-Regelung besteht darin, dass die Hochdruckpumpe nur so viel Kraftstoff verdichten muss, wie das Mengenregelventil kennfeldabhängig zur Hochdruckpumpe durchlässt. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch reduziert und die Hochdruckpumpe entlastet. Die Mengenregelventil-Regelung erfolgt unter folgenden Bedingungen: Die Kraftstofftemperatur liegt über 10 C. Bei einer einmaligen Raildruckanforderung größer als 310 bar (z. B. beim Anfahren). Beim Abschalten des Motors wird die Kraftstoffzufuhr zu den Pumpenelementen vom Mengenregelventil unterbrochen. 16 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

18 Einspritzregelung Durch die Einspritzregelung werden der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer definiert. Die Einspritzmenge hängt dabei vom Raildruck und der Einspritzdauer ab. Über die vom Steuergerät CDI direkt angesteuerten Piezo-Injektoren lässt sich die Kraftstoffeinspritzung noch genauer an die jeweilige Situation bezüglich Last und Drehzahl anpassen. Dabei wird je nach Einspritzzeitpunkt zwischen Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung unterschieden. Voreinspritzung Gemischbildung Bei der Voreinspritzung wird vor Beginn der eigentlichen Haupteinspritzung eine kleine Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt. Dieser Vorgang findet bis zu zweimal statt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert und es ergibt sich ein weicherer Verbrennungsablauf durch das Aufheizen des Brennraums. Daraus resultieren eine geringere Abgasemission und geringere Verbrennungsgeräusche. Das Steuergerät CDI berechnet die Voreinspritzmenge und den Ansteuerbeginn der Piezo-Injektoren in Abhängigkeit von folgenden Faktoren: Teilsysteme Lastzustand des Motors Ansteuerbeginn der letzten Haupteinspritzung Schematische Darstellung des CDI-Verfahrens Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 17

19 Teilsysteme Gemischbildung Haupteinspritzung Durch die Haupteinspritzung werden das Motordrehmoment und die Leistung geregelt. Die Haupteinspritzung erfolgt mit geringerem Abstand nach der Voreinspritzung. Durch einen Einspritzdruck von bis zu bar wird der Kraftstoff sehr fein zerstäubt. Die dadurch entstandenen Kraftstofftropfen weisen im Verhältnis zum Volumen eine große Oberfläche auf. Dadurch wird einerseits die Geschwindigkeit des Verbrennungsprozesses begünstigt und andererseits eine geringere Partikelgröße bei den Emissionen erreicht. Nacheinspritzung Das Steuergerät CDI steuert bis zu zwei Nacheinspritzungen im Anschluss an die Haupteinspritzung. Die erste Nacheinspritzung dient dazu, die Abgastemperatur zu erhöhen, um den Umwandlungsprozess der Abgasbestandteile im Oxidationskatalysator zu unterstützen. Die zweite Nacheinspritzung findet in Abhängigkeit von dem Beladungszustand des Dieselpartikelfilters (DPF) statt. Dadurch wird die Abgastemperatur weiter erhöht und der Regenerationsvorgang im DPF ausgelöst. Die Partikel im Abgas werden nachträglich verbrannt. CDI Einspritzsystem 1 Heizelement Kraftstoff 2 Kraftstofffilter 3 Rail 4 Raildrucksensor 5 Druckleitung 6 Piezo-Injektor 7 Hochdruckpumpe 8 Mengenregelventil 9 Druckregelventil 18 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

20 Einspritzmengenkorrektur Die Reibung beim Öffnen und Schließen der Piezo- Injektoren führt zu Verschleiß am Düsensitz der Düsennadel. Daraus ergibt sich über die Laufzeit eine Veränderung der Einspritzmenge, die durch eine Korrektur der Ansteuerdauer ausgeglichen wird. Die Einspritzmengenkorrektur setzt sich wie folgt zusammen: Nullmengenkalibrierung Haupteinspritzmengen-Korrektur Dabei sind folgende Funktionsvoraussetzungen erforderlich: Motordrehzahl zwischen und /min Schub- oder Fahrbetrieb größer Null Motoröltemperatur größer als 80 C Nullmengenkalibrierung Gemischbildung Um der veränderten Einspritzmenge entgegenzuwirken, kann die Ansteuerdauer der Kraftstoffinjektoren über die sogenannte Nullmengenkalibrierung korrigiert werden. Beim Motor 651 mit Delphi- Einspritzsystem erfolgt die Korrektur mit Hilfe der zwei Klopfsensoren. In definierten Zeitabständen wird während des Motorbetriebs bzw. im Schubbetrieb eine zylinderselektive Voreinspritzmenge kalibriert. Dabei wird, basierend auf der kürzest möglichen Ansteuerdauer, die Ansteuerdauer so lange erhöht, bis das Steuergerät CDI ein Signal der beiden Klopfsensoren empfängt. Die Differenz zwischen der ermittelten und der nominalen Ansteuerdauer wird zur Einspritzmengenkorrektur genutzt. Teilsysteme Haupteinspritzmengen-Korrektur Diese Funktion korrigiert die Haupteinspritzmenge mittels der Lambdasonden vor dem Katalysator. Dabei wird die Einspritzmenge verändert, bis der im Steuergerät CDI hinterlegte Lambda-Sollwert erreicht ist. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 19

21 Teilsysteme Gemischbildung 20 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

22 Gemischbildung Funktionsschema Common Rail Direct Injection (CDI) Einspritzregelung Teilsysteme 1 Kraftstoffinjektoren, Ansteuerung 2 Kraftstoff-Temperatursensor, Signal 3 Fahrpedalsensor, Signal 4 Batteriespannung, Signal 5 Temperatursensor Ladeluft, Signal 6 Ladedrucksensor, Signal 7 Temperatursensor vor DPF, Signal 8 Kühlmittel-Temperatursensor, Signal 9 Positionssensor Kurbelwelle, Signal 10 Raildrucksensor, Signal 11 Differenzdrucksensor DPF, Signal 12 Ansaugluft-Temperatursensor, Signal 13 Heißfilm-Luftmassenmesser, Signal 14 Temperatursensor vor Abgasturbolader, Signal 15 Lambdasonde, Signal 16 Außentemperatursensor, Signal 17 Öltemperatursensor, Signal B1 Öltemperatursensor B2/5 Heißfilm-Luftmassenmesser B2/5b1 Ansaugluft-Temperatursensor B4/6 Raildrucksensor B5/1 Ladedrucksensor B11/4 Kühlmittel-Temperatursensor B14 Außentemperatursensor B17/8 Temperatursensor Ladeluft B19/9 Temperatursensor vor Dieselpartikelfilter B19/11 Temperatursensor vor Abgasturbolader B28/8 Differenzdrucksensor DPF B37 Fahrpedalsensor B50 Kraftstoff-Temperatursensor G1 Bordnetzbatterie G3/2 Lambdasonde vor Katalysator L5 Positionssensor Kurbelwelle N3/9 Steuergerät CDI Y76/1 Kraftstoffinjektor Zylinder 1 Y76/2 Kraftstoffinjektor Zylinder 2 Y76/3 Kraftstoffinjektor Zylinder 3 Y76/4 Kraftstoffinjektor Zylinder 4 Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 21

23 Teilsysteme Glühsystem Schnellstartglühsystem Das elektronisch gesteuerte Schnellstartglühsystem besteht aus einer Glühendstufe und vier keramischen Glühkerzen. Das Schnellstartglühsystem ermöglicht bei hoher Kühlmitteltemperatur einen sofortigen Motorstart ohne Vorglühen. Um die Kaltstart- und die Warmlaufeigenschaften des Motors zu verbessern, wird über die regelbare Glühtemperatur schrittweise nachgeglüht. Das Steuergerät CDI regelt dabei die Spannung an den Glühkerzen zeit- und temperaturabhängig über die Glühendstufe. Daraus ergeben sich folgende Vorteile: Kurze Vorglühzeit Stabiler Leerlauf Geringe Abgasemission Gutes Ansprechverhalten Regelbare Glühtemperatur Startbereitschaftsglühen Das Startbereitschaftsglühen stellt nach dem Vorglühen bis zum endgültigen Lauf des Motors eine ausreichend hohe Temperatur zur Verfügung. Dazu werden die Glühkerzen von der Glühendstufe angesteuert. Nachdem eine Startbereitschaftstemperatur von C der Glühkerze erreicht ist, erlischt die Vorglüh-Kontrollleuchte. Startglühen Das Startglühen stabilisiert die Startdrehzahl des Motors. Empfängt das Steuergerät CDI die Information Kl. 50 EIN vom Steuergerät Elektronisches Zündschloss, so steuert die Glühendstufe die Glühkerzen über den Antriebs-LIN an und unterstützt damit die ersten Arbeitstakte und den Hochlauf des Motors. Vorglühen Das Vorglühen erwärmt die Brennräume des Motors, um die erforderliche Zündtemperatur des Kraftstoff- Luft-Gemischs zu erreichen. Das Steuergerät CDI wertet dabei zuerst die Motoröltemperatur aus und steuert dann über den Antriebs-LIN (LIN C1) in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur die Glühendstufe an. Voraussetzung für das Vorglühen ist eine Kühlmitteltemperatur von unter 30 C. Nachglühen Das Nachglühen verbessert den Motorlauf nach dem Kaltstart und die Warmlaufeigenschaften des Motors. Das Steuergerät CDI wertet die Motoröltemperatur aus und steuert nach dem Start des Motors über die Glühendstufe die Glühkerzen an. Das Nachglühen wird beendet, wenn die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Wert erreicht hat. i Hinweis Tritt ein Fehler in der Vorglühanlage, an den Glühkerzen oder an den Leitungen auf, so wird dieser durch die Vorglüh-Kontrollleuchte angezeigt und zusätzlich im Fehlerspeicher des Steuergerät CDI abgelegt. 22 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

24 Diagnoseglühen Diese Funktion dient zur Diagnose der einzelnen Glühstromkreise. Die Glühkerzen werden auf einem niedrigen Temperaturniveau angesteuert, wodurch Systemfehler erkannt und im Fehlerspeicher des Steuergerät CDI abgelegt werden. Das Diagnoseglühen wird für die Fehlersuche verwendet, um eine Systemüberprüfung unabhängig von der Motoröltemperatur durchzuführen. Das Diagnoseglühen wird darüberhinaus selbstständig vom System durchgeführt, wenn die Vorglühanlage längere Zeit nicht aktiv war (z. B. aufgrund hoher Kühlmitteltemperatur kein Glühvorgang aktiviert). Dieselpartikelfilter-Glühen Notglühen Glühsystem Tritt ein Problem in der Kommunikation über den Local Interconnect Network (LIN)-Bus auf (z. B. bei Unterbrechung oder Kurzschluss), so wird die Notglühfunktion für 180 s aktiviert. Fällt die Kommunikation während des Glühvorgangs für mehr als 250 ms aus, wird die Notglühfunktion ebenfalls für 180 s aktiviert. Glühdauer und Glühspannung erhalten dabei Ersatzwerte. Vorglühkontrollleuchte Die Vorglühkontrollleuchte im Kombiinstrument leuchtet während des Glühvorgangs bzw. zeigt eine Störung im Glühsystem an. Teilsysteme Das Dieselpartikelfilter (DPF)-Glühen wird nur während der DPF-Regenerierung zur Lastanhebung und Verbrennungsstabilisierung angewandt. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 23

25 Teilsysteme Glühsystem Funktionsschema Common Rail Direct Injection (CDI) Glühen 1 Klemme 50, Status 2 Öltemperatursensor, Signal 3 Glühen, Anforderung 4 Glühkerzen, Ansteuerung 5 Vorglüh-Kontrollleuchte, Ansteuerung R9/2 Glühkerze Zylinder 2 R9/3 Glühkerze Zylinder 3 R9/4 Glühkerze Zylinder 4 CAN E Fahrwerk-CAN LIN C1 Antriebs-LIN 6 Klemme 61, Status A1 Kombiinstrument A1e16 Vorglüh-Kontrollleuchte A8/1 Senderschlüssel B1 Öltemperatursensor G2 Generator N3/9 Steuergerät CDI N14/3 Glühendstufe N73 Steuergerät Elektronisches Zündschloss R9/1 Glühkerze Zylinder 1 24 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

26 Einlasskanalabschaltung Die Einlasskanalabschaltung (EKAS) sorgt über das Ladeluftverteilerrohr für das bestmögliche Verhältnis zwischen Luftverwirbelung und Luftmasse in allen Lastzuständen des Motors und damit für einen optimalen Füllungsgrad. Damit werden Abgasverhalten und Motorleistung optimiert. Einlasskanalabschaltung Durch die größere durchströmende Luftmenge erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit und sorgt für eine optimierte Verwirbelung des Luftgemisches. Das verbessert wiederum die Verbrennung und vermindert die Partikel im Abgas in den oberen Last- und Drehzahlbereichen. Teilsysteme Funktionsprinzip Im Ladeluftverteilerrohr sind für jeden Zylinder je ein permanent geöffneter Tangentialeinlasskanal und ein klappengesteuerter Spiraleinlasskanal vorhanden. Die Klappen sind über ein Welle miteinander verbunden. Das Steuergerät CDI steuert kennfeldabhängig die Stellung der Klappen. Die Spiraleinlasskanäle sind im unteren Motordrehzahl- und Motorlastbereich durch die Klappen geschlossen und durch die offenen Tangentialeinlasskanäle wird eine hohe Luftverwirbelung erzielt. Im Wechsel von Teil- zu Volllast werden die Klappen in den Spiraleinlasskanälen kennfeldabhängig geöffnet. Bei einem Fehler oder bei Unterbrechung der Versorgungsspannung werden die Klappen in den Spiraleinlasskanälen durch die Rückstellfeder mechanisch geöffnet. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 25

27 Teilsysteme Aufladung Allgemein Die Aufladung erfolgt beim Motor 651 durch eine zweistufige Turboaufladung. Hierbei wird dem Motor je nach Betriebsphase durch das Zusammenspiel eines Hochdruck-Abgasturboladers (HD-Lader) und eines Niederdruck-Abgasturboladers (ND-Lader) ein entsprechender Ladedruck zur Verfügung gestellt, um die Zylinderfüllung und damit die Motorleistung und das Motordrehmoment zu steigern. Bei der Abgasturboaufladung wird die Strömungsenergie der Abgase zum Antrieb der beiden Ladeluftturbinen verwendet. Der Ladedruck wird über die Ladedruckregelklappe (LRK), das Wastegate und die Ladeluft-Bypassklappe geregelt. Diese Steuerung findet unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehmomentanforderung des Motors kennfeldabhängig statt. Funktionsablauf Ladedruckregelung Für einen besseren Überblick über die Funktionsweise der zweistufigen Turboaufladung sind drei verschiedene Zustände im Volllastbetrieb ausgewählt worden. Anhand dieser Zustände soll der genaue Ablauf erklärt und dargestellt werden. Folgende Zustände der Ladedruckregelung werden beschrieben: Volllastbetrieb bis /min Volllastbetrieb zwischen und /min Volllastbetrieb ab /min Abgasturbolader 1 Unterdruckdose 2 Einlass Abgas 3 Bypass 4 Anschluss Ladeluftschlauch 5 HD-Lader 6 Einlass Ladeluft 7 ND-Lader 8 Auslass Abgas 26 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

28 Ladedruckregelung im Volllastbetrieb bis /min Bis zu einer Motordrehzahl von /min im Volllastbetrieb ist die Ladedruckregelklappe (LRK) fast geschlossen. In diesem Zustand strömt der gesamte Abgasstrom über das Turbinenrad des Hochdruck- Abgasturboladers (HD-Lader) zum Turbinenrad des Niederdruck-Abgasturboladers (ND-Lader) und danach zur Abgasanlage. Der größte Teil der Abgasenergie wirkt auf das Turbinenrad des HD-Laders, der den Hauptteil des erforderlichen Ladedrucks erzeugt. Das bewirkt trotz niedrigen Abgasstroms einen sich sehr schnell aufbauenden hohen Ladedruck. Aufladung Die restliche Abgasenergie wirkt auf das Turbinenrad des ND-Laders, das über die Laderwelle das Verdichterrad antreibt. Der ND-Lader wirkt somit nicht als Strömungsbremse. Das Wastegate und die Bypassklappe Ladeluft sind in diesem Betriebszustand geschlossen. Teilsysteme Schematische Darstellung Ladedruckregelung Volllastbetrieb bis /min A B Ansaugluft Abgasstrom 1 Hockdruck-Abgasturbolader 2 Niederdruck-Abgasturbolader 3 Ladedruckregelklappe (LRK) 4 Wastegate 5 Bypassklappe Ladeluft 6 Luftfilter 7 Ladeluftkühler 8 Drosselklappensteller 9 Ansaugkrümmer 10 Abgaskrümmer 11 Abgasrückführ (AGR)-Vorkühler 12 AGR-Stellglied 13 AGR-Kühler 14 Bypassklappe AGR Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 27

29 Teilsysteme Aufladung Ladedruckregelung im Volllastbetrieb zwischen und /min Ab einer Motordehzahl von /min im Volllastbetrieb wird die Ladedruckregelklappe (LRK) im Arbeitsbereich (Öffnungsquerschnitt) von 5 % bis 95 % in Abhängigkeit vom benötigten Ladedruck geöffnet. Dabei wird der ND-Lader mit steigendem Öffnungsquerschnitt der LRK kontinuierlich zugeschaltet und von einer größeren Abgasmenge durchströmt. Dabei wird die angesaugte Reinluft weiter vorverdichtet. In diesem Zustand ergänzen sich so die beiden Lader und stellen gemeinsam den erforderlichen Ladedruck zur Verfügung. Das Wastegate und die Bypassklappe Ladeluft sind in diesem Betriebszustand geschlossen. Schematische Darstellung Ladedruckregelung Volllastbetrieb zwischen und /min A B Ansaugluft Abgasstrom 1 Hockdruck-Abgasturbolader 2 Niederdruck-Abgasturbolader 3 Ladedruckregelklappe (LRK) 4 Wastegate 5 Bypassklappe Ladeluft 6 Luftfilter 7 Ladeluftkühler 8 Drosselklappensteller 9 Ansaugkrümmer 10 Abgaskrümmer 11 Abgasrückführ (AGR)-Vorkühler 12 AGR-Stellglied 13 AGR-Kühler 14 Bypassklappe AGR 28 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

30 Ladedruckregelung im Volllastbetrieb ab /min Ab einer Motordrehzahl von /min ist die LRK vollständig geöffnet. Dadurch wird fast der gesamte Abgasmassenstrom durch den Bypasskanal verlustarm der ND-Turbine zugeführt und der Abgasgegendruck in seiner Höhe begrenzt. Durch diese Vorgehensweise leistet der HD-Lader keinen Beitrag mehr zur Ladedruckerhöhung. Der HD- Lader hat seine Stopfgrenze erreicht. Das bedeutet, er kann nicht mehr Ladedruck erzeugen und würde bei einer weiteren Beladung einen deutlichen Abfall der Turbinendrehzahl bewirken. Aufladung Um einen Druckverlust und eine zusätzliche Erwärmung der Ladeluft bei der Durchströmung des HD- Verdichters zu vermeiden, wird daher die Bypassklappe Ladeluft geöffnet, so dass der Hauptteil des Luftstromes auf direktem, verlustarmem Weg dem Ladeluftkühler zugeführt wird. Über das Wastegate wird die Turbinenleistung der ND- Turbine im Motorkennfeld bedarfsgerecht abhängig vom Lastzustand geregelt. Je nach Lastzustand kann der HD-Lader bei niedrigen Motordrehzahlen einen hohen Ladedruck aufbauen und bei hohen Motordrehzahlen eine Überlastung des ND-Laders vermeiden. Teilsysteme Schematische Darstellung Ladedruckregelung Volllastbetrieb ab /min A B Ansaugluft Abgasstrom 1 Hockdruck-Abgasturbolader 2 Niederdruck-Abgasturbolader 3 Ladedruckregelklappe (LRK) 4 Wastegate 5 Bypassklappe Ladeluft 6 Luftfilter 7 Ladeluftkühler 8 Drosselklappensteller 9 Ansaugkrümmer 10 Abgaskrümmer 11 Abgasrückführ (AGR)-Vorkühler 12 AGR-Stellglied 13 AGR-Kühler 14 Bypassklappe AGR Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 29

31 Teilsysteme Abgasrückführung Allgemein Das Abgassystem gewährleistet, dass die vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Grenzwerte für die Abgasemissionen eingehalten werden. Das Abgassystem des Motors 651 kombiniert zwei Technologien zur Emissionsreduzierung. Durch die Abgasrückführung (AGR) wird die Stickoxid (NO x )- Emission verringert und durch die Abgasreinigung die Emission von Kohlenwasserstoffen (HC) und Rußpartikeln verringert. Abgasrückführung Bei der Abgasrückführung (AGR) wird ein Teil des Abgasstroms über die AGR-Strecke der Ladeluft zugeführt. Durch die Abgasrückführung sinkt die Verbrennungstemperatur und der Anteil von überschüssigem Sauerstoff (O 2 ) wird vermindert. Durch diese Maßnahme wird die Entstehung von NO x während der Verbrennung verringert. Darüberhinaus reduziert sich durch den Sauerstoffmangel die Verbrennungsgeschwindigkeit und der Abgasstrom zum Oxidationskatalysator wird verringert. Das rückgeführte Abgas gelangt zuerst über einen Vorkühler in die eigentliche AGR-Strecke. Über das AGR-Stellglied wird die rückgeführte Abgasmenge gesteuert. Um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen, wird je nach Kennfeld das Abgas über den AGR-Kühler geleitet und weiter gekühlt. Ist die einströmende Abgastemperatur zu gering, wird über eine Bypassklappe der Weg zum AGR-Kühler geschlossen und das Abgas direkt zum Ladeluftverteilerrohr geleitet. Die Bypassklappe AGR wird vom Steuergerät CDI über eine Unterdruckdose angesteuert. Wird das Abgas am AGR-Kühler zum Teil vorbeigeleitet, werden die Brennräume im unteren Lastbereich schneller erwärmt. So ist im Abgas weniger Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) enthalten. Im oberen Lastbereich werden die Abgase über den AGR-Kühler geleitet und somit gekühlt. Damit sind weniger Stickoxide (NO x ) im Abgas. 30 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

32 Abgasrückführung Funktionsschema Common Rail Diesel Injection (CDI) Abgasrückführung 1 Heißfilm-Luftmassenmesser, Signal 2 Ladedrucksensor, Signal 3 Temperatursensor Abgasrückführung, Signal 4 Temperatursensor Ladeluft, Signal 5 Umschaltventil Bypass Abgasrückführkühler, Ansteuerung 6 Drucksensor nach Luftfilter, Signal B 17/8 Temperatursensor Ladeluft B28/5 Drucksensor nach Luftfilter B37 Fahrpedalsensor L5 Positionssensor Kurbelwelle N3/9 Steuergerät CDI Y27/9 Abgasrückführstellglied Y85 Umschaltventil Bypass Abgasrückführkühler Teilsysteme 7 Fahrpedalsensor, Signal 8 Positionssensor Kurbelwelle, Signal 9 Abgasrückführstellglied, Ansteuerung B2/5 Heißfilm-Luftmassenmesser B5/1 Ladedrucksensor B16/14 Temperatursensor Abgasrückführung Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 31

33 Teilsysteme Abgassystem Abgasreinigung Die Abgasreinigung filtert einen großen Teil der restlichen Schadstoffe, die sich noch im Abgas befinden. Das System besteht aus der bereits bekannten Kombination von Oxidationskatalysator und Dieselpartikelfilter (DPF). In Ergänzung zur Abgasrückführung werden in der Abgasreinigung folgende Schadstoffe abgefangen und durch Nachbehandlung reduziert: Stickoxide (NO x ) Kohlenwasserstoffe (HC) Kohlenmonoxid (CO) Schadstoff- und Rußpartikel Abgasreinigung Funktionsablauf Die vom Motor ausgestoßenen Abgase werden in einem Oxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter (DPF) gereinigt. Der Oxidationskatalysator sorgt für die Verringerung der Kohlenwasserstoffe (HC) und der Kohlenmonoxide (CO) und erzeugt durch eine Nachverbrennung die erforderliche thermische Energie für die DPF-Regenerationsphase. Der DPF besteht aus einem keramischen Wabenfilterkörper aus Siliziumkarbid, der mit Platin beschichtet ist. Das im Oxidationskatalysator vorgereinigte Abgas strömt in die nach vorn offenen Kanäle des DPF und gelangt durch die porösen Filterwände des Wabenfilterkörpers in die nach hinten offenen Kanäle. Die Rußpartikel werden im Wabenfilterkörper des DPF zurückgehalten. Danach wird das gereinigte und gefilterte Abgas durch die Abgasanlage abgeführt. Funktion Oxidationskatalysator (schematisch) 1 Trägerkörper 2 Lagermatte 3 Gehäuse 111/4 Keramischer Monolith 113/4 Trägerschicht (Washcoat) CO Kohlenmonoxid CO 2 Kohlendioxid HC Kohlenwasserstoff H 2 O Wasser N 2 Stickstoff NO 2 Stickstoffdioxid 32 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

34 Regeneration des DPF Der Differenzdrucksensor DPF meldet den Beladungszustand des DPF an das Steuergerät CDI. Wird die Beladung mit Rußpartikeln zu groß und überschreitet einen im Kennfeld hinterlegten Grenzwert, leitet das Steuergerät CDI bei geeignetem Lastzustand die Regenerationsphase ein. Die Regeneration erfolgt über eine periodische Erhöhung der Abgastemperatur. Dabei werden die im DPF eingelagerten Rußpartikel überwiegend zu Kohlendioxid (C0 2 ) verbrannt. Die Reduzierung der Rußpartikel beträgt ca. 99 %. Der entstandene Ascherest bleibt im DPF zurück. Abgassystem Die Regenerationszeiten sind temperaturabhängig und verringern sich deutlich mit steigender Abgastemperatur. Folgende Maßnahmen werden eingesetzt, um die Abgastemperatur zu erhöhen: Nacheinspritzung Abgasrückführung mit Drosselung der Ansaugluft DPF-Glühen Die Abgastemperatur wird während der Regeneration vom Temperatursensor vor dem Abgasturbolader und vom Temperatursensor vor dem DPF überwacht. Teilsysteme i Hinweis Eine unterbrochene DPF-Regeneration wird bei Kurzstreckenfahrten auf mehrere Fahrzyklen verteilt. Die Aufheizphasen bis zum Erreichen der notwendigen Regenerationstemperatur sind dadurch häufiger. Der Regenerationsvorgang läuft für den Kunden unbemerkt ab. i Hinweis Ist der DPF mit Asche überladen, signalisiert die Kontrollleuchte Motordiagnose im Kombiinstrument eine notwendige Wartung des DPF. Nach der Regeneration erfasst das Steuergerät CDI die ermittelte Druckdifferenz über den Differenzdrucksensor DPF und vergleicht diese mit einem Referenzwert. Daraus ermittelt das Steuergerät CDI die Beladung des Dieselpartikelfilters mit der zurückgebliebenen Asche. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 33

35 Systemkomponenten Steuergerät CDI Steuergerät CDI (N3/9) Das Steuergerät CDI befindet sich auf dem Luftfiltergehäuse. Das Steuergerät CDI ist an der Unterseite mit Kühlrippen ausgestattet, die in das Innere des Luftfiltergehäuses ragen und von der angesaugten Luft gekühlt werden. Die Aufgabe des Steuergeräts CDI unterteilt sich in folgende Teilaufgaben: Das Steuergerät CDI dient als Schnittstelle zwischen dem Antriebs-CAN (CAN C) und dem Fahrwerk-CAN (CAN E). Zur Überwachung aller Systemkomponenten und Funktionen verfügt die Motorsteuerung über einen Fehlerspeicher und leistungsfähige Diagnosefunktionen. Diese betreffen folgende Punkte: Motordrehmoment-Regelung Einspritzregelung Aufladung Schubabschaltung Wärmemanagement Abgasrückführung (AGR) Abgasreinigung Kontrolle des Fehlerspeichers Diagnose Motorsteuerung Europäische On-Board-Diagnose (EOBD) Diagnose über CAN-Bus Diagnose über K-Leitung Steuergerät CDI 1 Steuergerät CDI 2 Kühlrippen 3 Luftfiltergehäuse 4 Luftfilter 34 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

36 Generator (G2) In Abhängigkeit vom elektrischen Verbrauch bzw. Ladezustand der Batterie regelt der Generator die Ladespannung. Über eine Generatorschnittstelle steuert das Steuergerät CDI die Generatorleistung. Dadurch verringern sich beispielsweise die Leerlaufdrehzahl des Motors und die Abgasemissionen. Der Generator erkennt verschiedene Fehler und meldet sie wiederum dem Steuergerät CDI. Die Kommunikation zwischen dem Steuergerät CDI und dem Generator erfolgt über den Local Interconnect Network (LIN)-Bus. Generator Systemkomponenten Generator i Hinweis Während der Prüfung der Regulierspannung muss die Bordnetzbatterie mit einem Batterietestgerät belastet werden. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 35

37 Systemkomponenten Hochdruckpumpe Die 2-Kolben-Hochdruckpumpe befindet sich an der linken Seite des Kurbelgehäuses auf der Kraftabgabeseite. Durch die Hochdruckpumpe wird der Kraftstoff verdichtet und der benötigte Raildruck erzeugt. Das Zahnrad der Hochdruckpumpe wird durch den Rädertrieb mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben. Über einen Vielzahnmitnehmer wird das Drehmoment auf die Welle der Hochdruckpumpe übertragen. Hochdruckpumpe 1 Rückfluss 2 Mengenregelventil 3 Zufluss 4 Kraftstoff-Temperatursensor 5 Zahnrad 6 Vielzahnmitnehmer i Hinweis Die Hochdruckleitungen zwischen der Hochdruckpumpe, der Rail und den Piezo-Injektoren dürfen nur einmal verwendet werden. 36 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

38 Hochdruckseite Die Exzenterwelle (3) mit ihrer Hubscheibe (2) bewegt die Kolben (6) gegen die jeweiligen Kolbenfedern (7) auf und ab. Dadurch wird das Befüllen des Kolbens (Bild A) und die damit verbundene Kompression des Kraftstoffs ermöglicht. Kolben-Befüllung Der Kolben wird durch die gespannte Kolbenfeder (7) nach unten gedrückt. Der geförderte Kraftstoff gelangt in den Ringkanal und über ein Ventil (9) in den Zylinder. Dabei muss eine definierte Kraft gegen die Ventilfeder (5) ausgeübt werden. Das Kugelventil (8) verhindert, dass der Kraftstoff vom Hochdruckkanal (1) in die Pumpenelemente zurückfließen kann. Hochdruck-Erzeugung Hochdruckpumpe Durch die auflaufende Exzenterwelle wird der Kolben nach oben bewegt. Dadurch wird der Kraftstoff komprimiert (Bild B). Das Ventil trennt das Fördervolumen vom Kraftstoffzulauf. Steigt der Kraftstoffdruck im Zylinder über den Druck, der sich im Hochdrucksystem befindet, öffnet das Kugelventil und der Kraftstoff wird in das Hochdrucksystem befördert. Systemkomponenten Schematische Darstellung 1 Hochdruckkanal 2 Hubscheibe 3 Exzenterwelle 4 Kraftstoffzulauf zu den Hochdruckelementen 5 Ventilfeder 6 Kolben 7 Kolbenfeder 8 Kugelventil 9 Ventil A B Befüllen des Kolbens Erzeugen von Hochdruck Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 37

39 Systemkomponenten Rail Rail Die Rail befindet sich links neben dem Zylinderkopf und speichert den Kraftstoff mit dem entsprechendem Einspritzdruck. Der gespeicherte Kraftstoff dient zusätzlich als Dämpfer für Druckschwingungen, die durch die pulsierende Kraftstoffversorgung der Hochdruckpumpe und die kurzzeitig große Entnahme von Kraftstoff während der Einspritzung entstehen. Die Rail erfüllt folgende Aufgaben: Raildrucksensor (B4/6) Der Raildrucksensor ist direkt in die Rail eingeschraubt und erfasst den aktuellen Raildruck. Der Raildruck verformt eine Messmembran mit Dehnwiderständen. Die dadurch entstehenden Widerstandsänderungen haben Spannungsänderungen zur Folge. Diese werden vom Steuergerät CDI ausgewertet. Hochdruckspeicher Kraftstoffverteilung an die Piezo-Injektoren Druckregelung über das Druckregelventil und den Raildrucksensor Rail und Raildrucksensor 1 Druckregelventil 2 Rail 3 Raildrucksensor 38 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

40 Druckregelventil (Y74) Das Druckregelventil ist auf der Kraftabgabeseite in die Rail eingeschraubt. Wird das Druckregelventil nicht angesteuert, ist es hydraulisch geöffnet, so dass ein Druckausgleich zwischen Hoch- und Niederdruckseite stattfinden kann. Durch ein pulsweitenmoduliertes Signal regelt das Steuergerät CDI den Spulenstrom, der eine Magnetkraft zur Folge hat. Durch diesen Vorgang wird der Ventilbolzen auf die Kugel gedrückt und erzeugt somit ein Kräftegleichgewicht gegenüber der Hochdruckseite. Der dabei abzuleitende Kraftstoff fließt über den Kraftstoffrücklaufanschluss an der Rail in den Kraftstoffbehälter zurück. Mengenregelventil (Y94) Raildruckregelventile Das Mengenregelventil befindet sich direkt an der Hochdruckpumpe. Das Mengenregelventil regelt entsprechend dem Signal vom Steuergerät CDI die Kraftstoffmenge, die über einen Ringkanal den Pumpenelementen zugeführt wird. Das Mengenregelventil hat folgende Aufgaben: Regeln des Kraftstoffflusses zu den Pumpenelementen der Hochdruckpumpe. Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu den Pumpenelementen der Hochdruckpumpe beim Abstellen des Motors. Systemkomponenten Druckregelventil Mengenregelventil Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 39

41 Systemkomponenten Piezo-Injektor Die Piezo-Injektoren (Y76) spritzen den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder ein. Die eingespritzte Menge ist abhängig von der Ansteuerdauer, dem anliegenden Druck und der Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit des Injektors. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Kraftstoffinjektoren spritzen die neuen Piezo-Injektoren nicht bei Spannungszunahme, sondern bei Spannungsabnahme ein. I2C-Codierung Beim Motor 651 wird mit dem neuen CDI-System die Codierung auf einen 24-stelligen I2C-Code erweitert. Die I2C-Codierung erlaubt eine noch genauere Abstimmung (Einspritzmenge und Einspritzzeit) der einzelnen Piezo-Injektoren im Neuzustand. Wird ein Piezo-Injektoren erneuert, muss diese Codierung dem Steuergerät CDI mittels Star Diagnosis mitgeteilt werden. Funktion Durch eine Entladung wird das Piezoelement verkürzt. Die Bewegung wird mittels eines Weg-Hub-Übersetzers (Kopplermoduls) auf die Düsennadel des Düsenmoduls übertragen. Damit wird die Düsennadel angehoben und die Einspritzlöcher werden freigegeben. Die Einspritzung endet, wenn das Piezoelement durch das Steuergerät CDI wieder geladen wird. Beim Ladevorgang dehnt sich das Piezoelement wieder aus. Die Düsennadel wird abgesenkt und die Einspritzlöcher wieder verschlossen. Bei Kl. 16 AUS und beendetem Nachlauf des Steuergeräts CDI wird die Düsennadel durch eine Feder in die Ausgangsposition zurückgesetzt, so dass die Einspritzdüsen wieder geschlossen sind. Es ist sicherzustellen, dass nach einem Tausch der Injektoren die korrekten I2C-Codes eingetragen sind. Wird der I2C-Codes nicht oder falsch eingetragen, sind folgende Beanstandungen möglich: Rauchbildung Unrunder oder schüttelnder Motorlauf Leistungsverlust Geräuschbildung Piezo-Injektor 40 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

42 Ansteuerung der Piezo-Injektoren Motor aus: Zündung EIN Der Druck im Kraftstoffniederdrucksystem wird aufgebaut. Eine Feder hält die Düsennadel im Düsensitz, bis das Piezoelement geladen ist und sich ausgedehnt hat. Motor läuft: keine Einspritzung Der erzeugte Raildruck liegt an der Düsennadel an. Das Piezoelement des Kraftstoffinjektors ist in diesem Zustand geladen. Eine Feder hält die Düsennadel im Düsensitz. Die Düse ist geschlossen. Motor läuft: Einspritzung Durch eine Entladung des Piezoelements wird dieses verkürzt. Mit einem Weg-Hub-Übersetzer wird die Bewegung auf die Düsennadel übertragen. Die Düsennadel hebt sich an und gibt die Einspritzlöcher der Düse frei. Die Einspritzung findet so lange statt, bis das Piezoelement vom Steuergerät CDI wieder geladen wird. a Achtung Lebensgefahr! Piezo-Injektor Während des Betriebs liegt an den Piezo-Injektoren eine Hochspannung von bis zu 250 Volt an. a Warnung Es dürfen keine Spannungsmessungen an Injektoren durchgeführt werden. Wegen der Gefahr der Motorbeschädigung dürfen bei laufendem Motor keine Verbindungen am Einspritzsystem gelöst werden. Systemkomponenten Motor läuft: Ende der Einspritzung Durch eine Spannungsbeaufschlagung des Piezoelements wird dieses wieder in die Ausgangslage gebracht. Der Weg-Hub-Übersetzer überträgt die Bewegung auf die Düsennadel. Die Düsennadel wird dadurch in den Düsensitz gedrückt und verschließt die Einspritzlöcher. Motor aus: Nachlauf Steuergerät beendet Das Einspritzsystem ist mit Kraftstoff gefüllt, jedoch drucklos (Atmosphärendruck). Eine Feder hält die Düsennadel im Düsensitz. Die Düse ist geschlossen und es findet keine Einspritzung statt. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 41

43 Systemkomponenten Glühendstufe Glühendstufe (N14/3) Die Glühendstufe befindet sich vorn an der Stirnfläche des Zylinderkopfs. Sie besteht aus einem Kunststoffgehäuse, das durch eine Aluminiumplatte an der Unterseite verstärkt wird. Für die Steuerung der Glühendstufe werden über das Steuergerät CDI folgende Parameter zu den Betriebszuständen des Motors eingelesen: Drehzahl Last Kühlmitteltemperatur Die Glühendstufe wird vom Steuergerät CDI über Local Interconnect Network (LIN) angesteuert. Die Diagnose-Kommunikation zwischen der Glühendstufe und dem Steuergerät CDI findet über dieselbe LIN-Verbindung statt. Es werden folgende Glüharten unterschieden: Vorglühen: zum schnelleren Erreichen der Starttemperatur der Glühkerzen Startbereitschaftsglühen: Gewährleistet nach dem Vorglühen und bis zum Start des Motors eine ausreichend hohe Temperatur Startglühen: Stabilisiert die Startdrehzahl des Motors Nachglühen: Verbessert den Motorlauf nach dem Kaltstart und die Warmlaufeigenschaften des Motors Diagnose-Glühen: zur Systemdiagnose Dieselpartikelfilter (DPF)-Glühen: zur Unterstützung der Regeneration Notglühen: Wird bei Problemen mit der Kommunikation über den Local Interconnect Network (LIN)- Bus eingeleitet Glühendstufe 42 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

44 Keramische Glühkerzen (R9) Beim Motor 651 werden Glühkerzen mit keramischem Glühstift verbaut. Im Vergleich zu herkömmlichen Glühkerzen erreichen keramische Glühkerzen mit ca C eine um ca. 200 C höhere Glühtemperatur und sind weniger anfällig für eine sinkende Glühtemperatur bei langen Glühlaufzeiten. Eigenschaften der keramischen Glühkerzen: Geringerer Energieverbrauch Ausgezeichnetes Startverhalten Schneller Anstieg der Temperatur Große Leitfähigkeit Hohe Glühtemperatur Hohe Lebensdauer a Gefahr eines Motorschadens Glühkerzen Sicherheitshinweise für den Umgang mit keramischen Glühkerzen: Glühkerzen nur aus ungeöffneter Originalverpackung verwenden Wurde die Glühkerze fallengelassen, darf sie nicht mehr verwendet werden Achtung: Es kann zu Motorschäden kommen, da die Glühkerzen sehr stoßempfindlich sind! Es könnten sich Haarrisse im Keramikeinsatz bilden. Als Folge davon könnten sich Teile lösen und während des Motorlaufs in den Brennraum fallen. Behandeln Sie die Glühkerzen immer mit größter Vorsicht! Vor dem Ausbau des Zylinderkopfs müssen die Glühkerzen ausgebaut werden und dürfen erst nach dem Einbau des Zylinderkopfs wieder eingebaut werden. Systemkomponenten Keramische Glühkerze Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 43

45 Systemkomponenten Hallsensor Hallsensor für die Nockenwelle (B6/1) Der Hallsensor befindet sich in der Mitte der Zylinderkopfhaube über der Auslassnockenwelle. Ein eingebauter Dauermagnet erzeugt im Hallsensor ein Magnetfeld. Das Magnetfeld wird durch eine auf der Auslassnockenwelle positionierte Lochblende periodisch unterbrochen. Durch die eingebaute Elektronik im Hallsensor entsteht infolge des Magnetfelds ein Spannungssignal. Die Elektronik wandelt das Signal in ein Rechtecksignal um, das vom Steuergerät CDI ausgewertet wird. Zusammen mit dem Signal des Positionssensors der Kurbelwelle dient dem Steuergerät CDI das Signal des Hallsensors der Nockenwelle zur Zylinder-1-Erkennung. Steht dem Steuergerät CDI das Signal des Positionssensors der Kurbelwelle nicht zur Verfügung, kann der Motor trotzdem gestartet werden, da das Steuergerät CDI das Signal des Hallsensors Nockenwelle als Ersatzwert verwendet (Notlauf). Hallsensor mit Nockenwelle 44 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

46 Positionssensor für die Kurbelwelle (L5) Der Positionssensor befindet sich auf der Kraftabgabeseite links am Getriebeflansch. Der Positionssensor der Kurbelwelle wird vom Steuergerät CDI mit Spannung versorgt. Im Positionssensor der Kurbelwelle ist ein Dauermagnet eingebaut. Das dadurch erzeugte Magnetfeld wird durch die Lochblende periodisch unterbrochen. Bedingt durch das Magnetfeld wird durch die Unterbrechungen in der eingebauten Elektronik ein Spannungsimpuls erzeugt. Die Hall-Elektronik wandelt dieses Signal in ein Rechtecksignal um, das an das Steuergerät CDI weitergeleitet wird. Positionssensor Systemkomponenten Positionssensor für die Kurbelwelle 1 Positionssensor Kurbelwelle 2 Schwungrad 3 Lochblende Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 45

47 Systemkomponenten Temperatursensoren Niedertemperatursensoren Niedertemperatursensoren sind als Negativer Temperaturkoeffizient (NTC)-Widerstände ausgeführt. Sie bestehen aus stromleitendem Material (Silizium). Die Niedertemperatursensoren weisen bei zunehmender Temperatur einen geringeren Widerstand auf. Die Spannungsänderungen werden an das Steuergerät CDI übermittelt und dort ausgewertet. Hochtemperatursensoren Hochtemperatursensoren sind als Positiver Temperaturkoeffizient (PTC)-Widerstände ausgeführt. Sie bestehen aus Metall. Die Hochtemperatursensoren weisen bei zunehmender Temperatur einen höheren Widerstand auf. Die Spannungsänderungen werden an das Steuergerät CDI übermittelt und ausgewertet. Kühlmittel-Temperatursensor (B11/4) Der Kühlmittel-Temperatursensor ist im Thermostatgehäuse eingebaut. Ladeluft-Temperatursensor (B17/8) Der Temperatursensor für die Ladeluft befindet sich in einem Kunststoffgehäuse vor dem Drosselklappenansteller. Kraftstoff-Temperatursensor (B50) Dieser Temperatursensor erfasst die Temperatur des durchfließenden Kraftstoffs in der Hochdruckpumpe und befindet sich neben dem Kraftstoffzulauf der Hochdruckpumpe. Sobald die Temperatur des geförderten Kraftstoffs auf über 90 C steigt, werden Einspritzmenge und Raildruck automatisch reduziert. Temperatursensor vor dem Abgasturbolader (B19/11) Der Temperatursensor befindet sich am Abgaskrümmerflansch vor dem Turbolader und ermittelt dort die Abgastemperatur. Dadurch wird die thermische Belastung des Motors und des Abgasturboladers überwacht. Temperatursensor vor dem Dieselpartikelfilter (B19/9) Der Temperatursensor befindet sich in der Baueinheit vor dem Dieselpartikelfilter (DPF). Der Sensor misst die Temperatur des Abgases und misst zudem die thermische Belastung des Oxidationskatalysators. Öltemperatursensor (B1) Der Öltemperatursensor erfasst die Motoröltemperatur und befindet sich oberhalb der Unterdruckpumpe im Ölkanal am Kurbelgehäuse. Ansaugluft-Temperatursensor (B2/5b1) Der Ansaugluft-Temperatursensor befindet sich im Gehäuse des Heißfilm-Luftmassenmessers. 46 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

48 Temperatursensoren Systemkomponenten Motor 651 mit Temperatursensoren Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 47

49 Systemkomponenten Absperrventil Ölspritzdüsen Absperrventil für die Ölspritzdüsen (Y131) Das Absperrventil für die Ölspritzdüsen befindet sich in Fahrtrichtung links am Kurbelgehäuse. Das Absperrventil schaltet den Ölzulauf zu den Ölspritzdüsen für die Kolbenbodenkühlung ab. Wird es nicht angesteuert, ist das Absperrventil offen. Die Ölspritzdüsen werden in der Nachstartphase abgeschaltet, solange eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Motoröltemperatur ist größer als -10 C und: Die max. Abschaltdauer (in Abhängigkeit von Ansaugluft und Motoröltemperatur) ist noch nicht erreicht oder: Die Motordrehzahl oder die Einspritzmenge hat einen festgelegten Grenzwert noch nicht erreicht Kurbelgehäuse mit Absperrventil 1 Absperrventil für die Ölspritzdüsen 48 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

50 Schalter für die Ölstandskontrolle (S43) Der Schalter für die Ölstandskontrolle ist außen am Unterteil der Ölwanne angeschraubt. Über eine Zu- und Ablaufbohrung im Schalter der Ölstandskontrolle und in der Ölwanne gleicht sich der Ölstand im Schwimmergehäuse des Schalters dem Niveau des Ölstands in der Ölwanne an. Ist genügend Motoröl vorhanden, ist der Reedkontakt durch das Magnetfeld des Ringmagneten geschlossen. Wird das Minimum unterschritten, öffnet sich der Reedkontakt. Die Verbindung zum Massekontakt wird unterbrochen und eine Warnmeldung im Kombiinstrument angezeigt. Ölstandskontrolle Systemkomponenten Ölstandskontrolle 1 Schalter Ölstandskontrolle 2 Oberteil der Ölwanne 3 Unterteil der Ölwanne i Hinweis Durch das Volumen des Gehäuses und die Größe der Ablaufbohrungen des Schalters für die Ölstandskontrolle werden kurzzeitige Niveauschwankungen ausgeglichen. Dies verhindert unnötige Warnmeldungen, die z. B. bei Kurvenfahrten auftreten könnten. Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 49

51 Systemkomponenten Luftmasse und Ansaugluft Heißfilm-Luftmassenmesser (B2/5) Der Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) befindet sich im Ansaugrohr hinter dem Luftfilter. Der HFM erfasst den tatsächlichen Luftmassenstrom sehr genau. Im HFM wird das beheizte Sensorelement umso stärker abgekühlt, je größer die vorbeifließende Luftmasse ist. Der benötigte Heizstrom, der notwendig ist, um die Temperatur des Sensorelements aufrechtzuhalten, dient als Maß für die vorbeiströmende Luftmasse. Ansaugluft-Temperatursensor (B2/5b1) Der Temperatursensor befindet sich im gleichen Gehäuse wie der HFM und ist als NTC-Widerstand ausgeführt. Eine integrierte Elektronik wertet diese Messdaten aus und ermöglicht so die genaue Erfassung der durchströmten Luftmenge. Vom Sensorelement wird nur ein Teil des Luftmassenstroms erfasst. Die gesamte Luftmasse, die durch das Messrohr strömt, wird mittels eines Datenmodells ermittelt. Luftfiltergehäuse 1 Heißfilm-Luftmassenmesser 50 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

52 Der Drucksensor (B28/5) befindet sich an der Reinluftleitung nach dem Luftfiltergehäuse und ist für die Erfassung des Unterdrucks im Ansaugtrakt zuständig. Beim Aufbau des Luftdrucks verformt sich eine Messmembran mit Dehnwiderständen. Die dadurch entstehenden Widerstandsänderungen haben Spannungsänderungen zur Folge. Diese werden vom Steuergerät CDI ausgewertet. Drucksensor nach Luftfilter Systemkomponenten Reinluftleitung an Luftfilter 1 Drucksensor nach Luftfilter Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 51

53 Systemkomponenten Stellmotor Einlasskanalabschaltung Der Stellmotor für die Einlasskanalabschaltung (EKAS/M55) befindet sich oberhalb des Ladeluftverteilerrohrs auf der Kraftabgabeseite links. Der Stellmotor für die EKAS verändert entsprechend der Ansteuerung vom Steuergerät CDI über einen Verstellhebel die Stellung der Klappen in den Spriraleinlasskanälen des Ladeluftverteilerrohres. Ein Potentiometer dient als Winkelsensor, so dass ein Soll-/Istwert- Vergleich für die Position des Verstellhebels durchgeführt wird. Bei einem Fehler oder bei Unterbrechung der Versorgungsspannung werden die Klappen in den Spriraleinlasskanälen durch die Rückstellfeder mechanisch geöffnet. Einlasskanalabschaltung 1 Stellmotor 2 Stellklappe 3 Spiraleinlasskanal 4 Tangentialeinlasskanal 5 Ladeluftverteilerrohr 52 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

54 Drosselklappensteller (M16/6) Der Drosselklappensteller befindet sich links unterhalb des Ladeluftkrümmers am Motor. Der Drosselklappensteller wird vom Steuergerät CDI durch ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert. Der Drosselklappensteller beeinflusst die dem Motor zugeführte Luftmenge und das Mischverhältnis von Ladeluft und nach der Drosselklappe beigemischtem rückgeführtem Abgas. Beim Abstellen des Motors wird die Drosselklappe geschlossen. Ladedrucksensor (B5/1) Drosselklappe Der Ladedrucksensor befindet sich links am Motor, nach dem Drosselklappensteller. Beim Aufbau des Ladeluftdrucks verformt sich eine Messmembran um einen definierten Wert, der als Widerstandsänderung vom Steuergerät CDI verarbeitet wird. Systemkomponenten Drosselklappe 1 Ladedrucksensor 2 Drosselklappe 3 Drosselklappenansteller Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 53

55 Systemkomponenten Heizelement Heizelement für die Entlüftungsleitung (R39/1) Das Heizelement befindet sich an dem Ende der Entlüftungsleitung, das an die Reinluftleitung zum Niederdruck-Abgasturbolader montiert ist. Mit diesem Heizelement wird verhindert, dass die Motorentlüftung einfriert. Das Heizelement besteht aus einem Kunststoffgehäuse mit integriertem Heizwiderstand. In Abhängigkeit von der Außentemperatur schaltet das Steuergerät CDI das Heizelement zu oder ab. Heizelement für die Entlüftungsleitung 54 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

56 Heizelement Kraftstoffvorwärmung (R54) Das Heizelement Kraftstoffvorwärmung befindet sich im Kraftstofffiltergehäuse. Damit der Kraftstoff auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen durch die Leitungen fließen kann, befindet sich ein Heizelement im Kraftstofffilter. Das Heizelement wird vom Signalerfassungs- und Ansteuerungsmodul (SAM) mit Strom versorgt. Kondenswassersensor Kondenswassersensor Kraftstofffilter mit Heizelement (B76/1) Der Kondenswassersensor ist nur in Fahrzeugen mit Code U41 (Kraftstoff-Wasserabscheider und Schmierpaket) vorhanden. Er ist von oben in den Kraftstofffilter eingesetzt und misst dort den Wasserstand. Dazu ermittelt der Sensor den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden im Wasserstandssensor. Solange sich Kraftstoff zwischen den Elektroden befindet, wird kein Ausgangssignal gesendet. Steigt der Wasserstand im Kraftstofffilter bis zu den Elektroden an, verringert sich der elektrische Widerstand. Diese Spannungsänderung wird erfasst und zum Steuergerät CDI geleitet. Bei erhöhtem Wasserstand im Kraftstofffilter sendet das Steuergerät CDI über den Fahrwerk-CAN (CAN E) eine Meldung an das Kombiinstrument. Systemkomponenten Kondenswassersensor Kraftstofffilter mit Heizelement (Code U41) 1 Integrierte Elektronik 2 Elektrode 1 3 Elektrode 2 4 Heizelement 5 Kraftstofffiltergehäuse 6 Verschluss (zur Wasserabsaugung) Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 55

57 Systemkomponenten Abgasturbolader Der zweistufige Abgasturbolader Die beiden Abgasturbolader befinden sich rechts am Kurbelgehäuse unterhalb des Abgaskrümmers. Die zweistufige Turboaufladung beinhaltet zwei unterschiedlich große Abgasturbolader mit einer Bypassregelung. Der zweistufige Abgasturbolader ermöglicht eine kontinuierliche Leistungsabgabe ohne das bekannte Turboloch. Die wichtigsten Vorteile im Überblick: Ausgeprägter und hoher Drehmomentverlauf Anstieg der Nennleistung bei gleichzeitiger Absenkung der Nenndrehzahl Verbesserung des Ladedruckverlaufs Senkung des Kraftstoffverbrauchs Verringerung der Stickoxid (NO x )-Emissionen Hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit Funktionsweise Der von den Zylindern kommende Abgasstrom strömt zunächst in den Abgaskrümmer. Von hier aus kann der Abgasstrom entweder über den Hochdruck-Abgasturbolader (HD-Lader) geleitet werden oder über die Bypassleitung zum Niederdruck-Abgasturbolader (ND- Lader) umgeleitet werden. Der Abgasstrom wird in Abhängigkeit von der Stellung der Ladedruckregelklappe (LRK) dem HD-Lader oder dem ND-Lader zugeführt. Die Stellung der LRK wird kennfeldabhängig vom Steuergerät CDI geregelt. Der anfängliche Ladedruckaufbau erfolgt hauptsächlich über den HD-Lader, im weiteren Verlauf wird der Ladedruck zunehmend vom ND-Lader aufgebaut. Gerät der HD-Lader an seine Leistungsgrenze, erfolgt der Ladedruckaufbau allein durch den ND-Lader. Dabei öffnet sich die Bypassklappe Ladeluft und die verdichtete Ladeluft des ND-Laders wird am Verdichtergehäuse des HD-Laders vorbeigeleitet. Der Ladedruck wird über das Wastegate begrenzt. i Hinweis Die Unterdruckdosen und Verstellstangen der jeweiligen Klappen und des Wastegates können ausgetauscht werden. Bei der Montage der Unterdruckleitungen unbedingt auf die jeweilige Farbkennzeichnung der Unterdruckleitung und der Unterdruckdose achten. 56 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

58 Abgasturbolader Zweistufige Turboaufladung 123 Wastegate 124 Unterdruckdose Bypassklappe Ladeluft 125 Verstellstange Bypassklappe Ladeluft 126 Bypassklappe Ladeluft Systemkomponenten 108 Abgaskrümmer 110 Hochdruck-Abgasturbolader (HD-Lader) 110/1 Verdichterrad HD-Lader 110/2 Turbinenrad HD-Lader 111 Unterdruckdose (Ladedruckregelklappe) 112 Verstellstange (Ladedruckregelklappe) 113 Ladedruckregelklappe 120 Niederdruck-Abgasturbolader (ND-Lader) 120/1 Verdichterrad ND-Lader 120/2 Turbinenrad ND-Lader 121 Unterdruckdose Wastegate 122 Verstellstange Wastegate Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 57

59 Systemkomponenten Abgasturbolader Druckwandler für die Ladedruckregelklappe (Y93) Der Druckwandler für die Ladedruckregelklappe befindet sich hinten links, oberhalb des Drosselklappenstellers. Druckwandler Wastegate-Regelung (Y31/4) i Hinweis Das Steuergerät CDI sendet ein pulsweitenmoduliertes Signal an die Druckwandler. Der jeweilige Druckwandler regelt über die Unterdruckdosen die Klappenstellungen (Öffnungsquerschnitt 5 % bis 95 %). Der Druckwandler für die Wastegate-Regelung befindet sich vorn rechts am Zylinderkopf. Druckwandler 58 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

60 Umschaltventil Bypassklappe Ladeluft (Y132) Das Umschaltventil Bypassklappe Ladeluft befindet sich vorn am Zylinderkopf. Die Klappenstellung (Öffnungsquerschnitt 5 % bis 95 %) wird mittels Unterdruck gesteuert. Wird die Bypassklappe nicht angesteuert, ist die Verbindung zwischen dem Belüftungsanschluss (Atmosphäre) und der Unterdruckdose belüftet. Dadurch verschließt die Bypassklappe Ladeluft den Bypasskanal. Abgasturbolader Ladedrucksensor Niederdruck-Abgasturbolader (B5/4) Der Ladedrucksensor Niederdruck-Abgasturbolader (ND-Lader) befindet sich links neben dem Heißfilm- Luftmassenmesser am Zylinderkopf. Der Ladedrucksensor erfasst den erzeugten Ladedruck des ND-Laders. Der Ladedruck verformt eine Messmembran mit Dehnwiderständen. Die dadurch entstehenden Widerstandsänderungen haben Spannungsänderungen zur Folge. Diese werden vom Steuergerät CDI ausgewertet. Systemkomponenten Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 59

61 Systemkomponenten Abgasrückführung AGR-Steller (Y27/9) Der AGR-Steller ist links zwischen der AGR-Bypassklappe und dem AGR-Rohr integriert. Der AGR-Steller regelt über eine Klappe die durchströmende Abgasmenge, um die Stickoxid (NO x )-Emission zu reduzieren. Das Steuergerät CDI steuert den Stellmotor der AGR direkt an. Dabei bestimmt der Öffnungsquerschnitt des Ventils die Abgasmenge, die über das Ladeluftverteilerrohr in den Ansaugtrakt des Motors zurückgeführt wird. Der AGR-Steller ist in den Kühlmittelkreislauf des Motors integriert und dadurch vor thermischer Überlastung geschützt. AGR-Kühler Der AGR-Kühler befindet sich in Fahrtrichtung links nach der AGR-Bypassklappe. Das Gehäuse besteht aus Edelstahl und wird von Kühlmittel durchströmt. Durch die Temperatursenkung ergibt sich eine höhere Dichte im Abgas, ohne dabei die Anzahl der Rußpartikel zu erhöhen. Dadurch wird die Abgasrückführrate erhöht und zugleich die NO x -Emissionen gesenkt. AGR-Strecke 1 AGR-Kühler 2 Bypassklappe für den AGR-Kühler 3 AGR-Steller 4 Stellmotor für den AGR-Steller 60 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

62 Umschaltventil für den Bypass AGR-Kühler (Y85) Das Umschaltventil befindet sich links am Kurbelgehäuse. In Abhängigkeit von der Abgastemperatur wird die Stellung der Bypassklappe AGR-Kühler (offen bzw. geschlossen) mittels Unterdruck gesteuert. Bei geöffneter Bypassklappe strömt rückgeführtes Abgas über den AGR-Kühler. Im Ruhezustand wird die Verbindung zwischen dem Belüftungsanschluss (Atmosphäre) und der Unterdruckdose belüftet und die Bypassklappe schließt den Bypasskanal. Umschaltventil für die Kühlmittelpumpe (Y133) Umschaltventile Das Umschaltventil befindet sich vorn am Motor, links am Drosselklappensteller. Über das Umschaltventil der Kühlmittelpumpe wird die Stellung des Regelschiebers (offen bzw. geschlossen) in der Kühlmittelpumpe gesteuert. Bei geöffnetem Regelschieber kann das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf zirkulieren. Im Ruhezustand ist der Regelschieber geöffnet. Die Kühlmittelpumpe wird beim Kaltstart für max. 500 s abgeschaltet, wenn folgenden Bedingungen erfüllt sind: Die im Steuergerät gespeicherten Grenzwerte für die Ansaugluft- und Kühlmitteltemperatur sowie für die eingespritzte Kraftstoffgesamtmenge sind noch nicht erreicht. Die Motordrehzahl bzw. Einspritzmenge hat den festgelegten Grenzwert nicht überschritten. Vom Steuer- und Bediengerät Klimatisierungsautomatik wurde kein Heizen angefordert. Systemkomponenten Umschaltventil Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 61

63 Systemkomponenten Lambdasonde Die Breitband-Lambdasonde (G3/2) ist eine planare, d. h. in mehreren Schichten aufgebaute Zweizellen- Grenzstromsonde mit Sauerstoff-Pumpzelle, die durch ihren modularen Aufbau mehrere Funktionen integriert. Die planare Breitband-Lambdasonde beinhaltet zwei Spannungssprungsonden aus Zirkoniumdioxid (ZrO 2 ): eine als Sensorzelle und eine als Sauerstoffpumpzelle. Beide Zellen sind so angeordnet, dass zwischen ihnen ein minimaler Diffusionsspalt (ca. 10 bis 50 μm) entsteht. Der Diffusionsspalt fungiert als Messraum und ist über eine Einlassöffnung mit dem Abgas verbunden. In der Messzelle befindet sich ein Referenzluftkanal, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Wirkungsweise Pumpzelle: Durch Anlegen einer Spannung an den Festkörperelektrolyten der Spannungssonde ist es möglich, eine Ionenbewegung des Sauerstoffs zu erzeugen (Pumpstrom). Die Richtung der Ionenbewegung ist dabei abhängig von der Polarität (+/-) der angelegten Spannung. Wirkungsweise Sensorzelle: Die Sensorzelle arbeitet nach dem Prinzip der Spannungssprungsonde. Sie bestimmt den Restsauerstoffgehalt (O 2 ) im Abgas. Da die Leitfähigkeit der Sondenkeramik temperaturabhängig ist, liegt die optimale Betriebstemperatur der Breitband-Lambdasonde bei ca. 700 C bis 800 C. Durch ein Heizelement wird die Temperatur der Sondenkeramik konstant auf ca. 780 C geregelt. Aufbau Breitband-Lambdasonde 1 Sensorelement 2 Obere Isolierbuchse 3 Dichtpaket 4 Sondengehäuse 5 Untere Isolierbuchse 6 Äußeres Schutzrohr 7 Inneres Schutzrohr 62 q Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung

64 Differenzdrucksensor am DPF (B28/8) Der Differenzdrucksensor des DPF befindet sich rechts am Zylinderkopf am hinteren Halter des Luftfilters. Der Sensor besteht aus folgenden Bauteilen: Drucksensorelement Elektronik zur Signalverstärkung Über die Abgasdruckleitungen erfasst der Differenzdrucksensor den Abgasdruck vor und nach dem DPF und ermittelt so die Druckdifferenz. Diese Druckdifferenz wirkt auf das Drucksensorelement, wodurch eine Spannung entsteht, die an das Steuergerät CDI übertragen wird. Abgasgegendrucksensor (B60) Drucksensoren Der Sensor befindet sich hinten links am AGR-Rohr. Eine metallische Trennmembran mit Stößel wirkt bei der Druckeinwirkung auf die Sensormembran. Durch die druckabhängigen Widerstände auf der Sensormembran ändert sich der Widerstand bei einer Auslenkung. Dieser Wert wird als Spannungssignal an das Steuergerät CDI weitergeleitet, das daraus den Abgasgegendruck berechnet. Die Druckinformation verwendet das Steuergerät CDI zum Schutz des Abgasturboladers und des Motors. Systemkomponenten Differenzdrucksensor Abgasgegendrucksensor Diesel Direkteinspritzung CDI für OM 651 Systembeschreibung q 63