OBD Shop
OBD
Dieselschrauber Community - Auto- und Motor-Technik, Reparatur und Wartung an Audi, Seat, Skoda und Volkswagen. OBD-Support für VCDS und KDataScope (OBD2).

TDI: Grundprinzip der Technik (Fachartikel)

 
Weitergeben, Thema teilen Lesezeichen setzen Druckansicht Dieselschrauber Community - Übersicht » Fachartikel
TDI: Grundprinzip der Technik
ulf Beitrag04-03-2005, 17:58  
Der Grundgedanke des TDIs bestand darin, PKW-Dieselmotoren mit den bekannten Verteilereinspritzpumpen durch Zugabe von elektronischen Regelkreisen in Richtung Leistung, Verbrauch und Abgase zu optimieren.
Daraus entstand zunächst die TDI-Familie mit der VP 37, welche auf den bewährten mechanischen Verteilerpumpen basiert.

Bei der VP 37 sind Gaszug, Drehzahlwahlhebel, Fliehkraftregler, Kaltstartbeschleuniger, ladedruckabhängiger Volllastanschlag und die ganzen sonstigen Mechaniken zum Bewegen des Regelschiebers durch das Motorsteuergerät (MSG) und das Mengenstellwerk ersetzt. Näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3066
Die vom Pumpeninnendruck abhängige Spritzverstellung wird über ein elektrisches Spritzverstellerventil feingetrimmt, womit auch ein mengenabhängiger Spritzbeginn realisiert wird. Näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3195

Die Elektronik erlaubt es sogar, eine Kompensation der Dieseltemperatur zu realisieren: Je wärmer der Diesel, desto geringer ist seine Dichte, was bei unverändertem Einspritzvolumen zu einem Leistungsverlust führen würde.
Mittels eine Dieseltemperatursensors in der Pumpe (bzw. bei PDs im Rücklauf zum Tank), dessen Signal vom MSG ausgewertet wird, werden dichtebedingte Leistungsdriften durch eine passende Veränderung der Spritzdauer ausgeglichen.

Düsenseitig erfordert der Direkteinspritzer (im Gegfensatz zu Kammerdieseln) die Vor-Einspritzung einer kleinen Dieselmenge, damit die Hauptmenge mit noch akzeptabler Geräuschentwicklung bzw. Laufkultur verbrennen kann. Dies wird durch eine neue Bauform der Einspritzdüsen realisiert, die sogenannten Zweifeder-Düsenhalter-Kombinationen.

Da das MSG für seine Regeltätigkeiten auch genaue Informationen über die Drehzahl und augenblickliche Stellung der Kurbelwelle braucht, tastet ein induktiver Sensor ein entsprechendes Geberrad an der Kurbelwelle ab. Mit diesen Informationen simuliert das MSG zusammen mit dem Mengenstellwerk einen verfeinerten Fliehkraftregler und realisiert z.B. die dieseltypische Abregelung oberhalb ca. 4000 rpm.

Die Drehzahlabtastung ist so präzise, daß auch die Beschleunigungen während der Arbeitstakte und Verzögerungen durch die Kompressionen erfasst werden.
So können Drehzahlunterschiede zwischen den Arbeitstakten der einzelnen Zylinder festgestellt werden. Das Ergebnis wird durch die für die Leerlaufruheregelung zuständigen Software-Teile im MSG dazu genutzt, die Einspritzmenge für jeden Zylinder so zu dosieren, daß ein größtmöglicher Rundlauf des Motors erreicht wird.

Außer der Einspritzmenge regelt / steuert / schaltet das MSG den Spritzbeginn, die Abgasrückführung, (näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3095),
den Ladedruck (näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3101) und je nach Motortyp noch weitere Stellglieder rund um den Motor wie Abstellklappe, Kühlerlüfternachlauf usw.

Im Fahrbetrieb sendet der elektrische Gaspedalwertgeber den Einspritzmengenwunsch des Fahrers an das MSG. Dieses ermittelt zunächst anhand des programmierten Ladedruck-Kennfeldes, welcher Ladedruck erforderlich ist, um die Wunschmenge im Rahmen der jeweiligen Abgasklasse "sauber" zu verbrennen und beginnt, den Ladedruck auf den entsprechenden Wert einzuregeln.

Parallel dazu berechnet das MSG anhand des Signals vom Luftmassenmesser (LMM), der Drehzahl und weiterer Korrekturgrößen die tatsächliche Frischluftmassen-Zylinderfüllung.
Das sog. Trübungskennfeld bestimmt für jede Drehzahl und Luftmasse pro Saughub, welche maximale Einspritzmenge verbrannt werden kann, ohne die jeweiligen Abgasgrenzwerte zu überschreiten (diese Maximalmenge wird auch als Rußbegrenzung bezeichnet).

Bei manchen TDIs wird die Rußbegrenzung auf der Grundlage des aktuellen Ladedruckes (anstelle des LMM-Signals) berechnet.

In jedem Fall vergleicht das MSG diese Rußbegrenzung mit dem o.g. Fahrer-Mengenunsch und der Drehmomentbegrenzung (welche für jede Drehzahl die maximale Einspritzmenge vorgibt, bei der noch keine mechanischen Überlastungen des Kraftstranges auftreten) und bestimmt dann die tatsächlich einzuspritzende Menge anhand des augenblicklich niedrigsten Wertes der 3 Begrenzungen.

Wenn die Rußbegrenzung aktiv ist, kommt also zuwenig Frischluft in die Zylinder, um den Einspritzmengenwunsch den Fahrers (bzw. die Maximalmenge aus der Drehmomentbegrenzung) rußfrei verbrennen zu können.
Häufigste Ursachen für diesen Betriebszustand sind zuwenig Ladedruck (im Drehzahlkeller bzw. während des Hochlaufens auf den Sollwert) oder ein defekter LMM, der trotz real ausreichender Zylinderfüllung zuwenig Luft meldet. Näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3347 - außer, die Rußbegrenzung wird aus dem Ladedruck berechnet.

Für Verwirrung sorgt manchmal der Luftmassen-Sollwert im Meßwerteblock für die AGR.
Der ist bei Vollgas meist 850 mg/Hub und wird besonders bei den VP-TDIs im oberen Drehzahlbereich nicht immer erreicht.
Mögliche Reaktion: "Huch, mein LMM ist defekt!" Vom Ersatz des LMM wird dann ein entsprechender Leistungsgewinn erwartet - aber oft tut sich nichts, weil die Rußbegrenzung trotz vermeintlich zu geringer Luftmasse noch über der Drehmomentbegrenzung lag.
Umgekehrt kann bei Motoren mit hoher Literleistung (z.B. ARL: 150 PS / 1,9l) bei 850 mg/Hub noch die Rußbegrenzung aktiv sein, d.h. der Motor zieht nicht richtig, obwohl der Luftmassen-Sollwert im AGR-MWB erreicht wird.
Aus dem (Nicht-)Erreichen des Luftmassensollwertes im AGR-MWB läßt sich also grundsätzlich nicht erkennen, ob der Motor noch seine volle Leistung bringt!

Wird die Rußbegrenzung aus dem LMM-Signal berechnet, dann würde bei zu geringer Luftmassenmeldung zwar eine Ladedruckanhebung oft für Abhilfe sorgen, aber dabei könnte u.U. der Lader überdrehen und das Zeitliche segnen, nur weil z.B.
- der LMM defekt ist,
- der LLK äußerlich verdreckt ist, oder
- der TDI im Hochsommer einen Wohnwagen über einen Alpenpaß schleppen muß und die Ladeluft mangels Fahrtwindkühlung zu heiß ist.
Daher wird der Ladedruck bei gemeldetem Luftmangel nicht erhöht!
Umgekehrt wird der Ladedruck auch bei riesigem Luftüberschuß (etwa bei arktischen Temperaturen) nicht unter den Sollwert des Ladedruckkennfeldes reduziert.
Ebenfalls zum Schutz des Laders vor Überdrehzahlen wird bei niedrigem Umgebungsdruck (etwa im Hochgebirge) der Ladedruck reduziert. Hierzu wird das Signal eines Umgebungsdrucksensors ausgewertet, der im MSG sitzt.
Der zur eigentlichen Druckregelung benötigte Ladedrucksensor sitzt je nach Fahrzeugtyp im MSG , abgesetzt vom Saugrohr irgendwo im Motorraum, oder direkt im Saugrohr bzw. am Ausgang des LLK.

Die Software-Architektur mit Fahrerwunsch, Drehmoment- und Rußbegrenzung hat systemtechnische Gründe. Tatsächlich kann der Fahrer mit Vollgas praktisch immer eine höhere Einspritzmenge anfordern, als es der Drehmomentbegrenzung entspricht. Dann wird der Teil oberhalb der Drehmomentbegrenzung einfach ignoriert.

TDIs sind so ausgelegt, dass unter Normalbedindungen und bei korrekt eingeregeltem Ladedruck die Rußbegrenzung über dem Fahrerwunsch bzw. der Drehmomentbegrenzung liegt.
(Ansonsten können sich u.U. Rußbegrenzung und Ladedruckregelung aufschaukeln. Näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=6529)

Daher bringt eine bloße Ladedruckanhebung bei einem intakten TDI keine Mehrleistung: Die Rußbegrenzung würde zwar (im Rahmen des Meßbereiches des LMM) noch weiter ansteigen, aber die Drehmomentbegrenzung liegt bei Vollgas am niedrigsten und bleibt auch auf dem ursprünglichen Wert, der ja nicht von der Luftmasse beeinflusst wird. Näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3253
Eine Anhebung der Drehmomentbegrenzung (also der eigentlichen Leistungsbremse bei TDIs) ist nur per Chiptuning möglich!

Zur Regelung der Abgasrückführung wird für jede Einspritzmenge und Drehzahl aus dem AGR-Kennfeld die dazugehörige Soll-Luftmasse pro Saughub ausgelesen. Liegt die vom LMM gemeldete Luftmasse (im unteren Lastbereich) über diesem Wert, so wird je nach Motor das AGR-Ventil und die Saugrohrklappe so angesteuert, daß der LMM-Wert auf den Sollwert absinkt. Näheres hierzu siehe http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3095

Beim VP-Motor sorgen die Leitungen und das Düsenvolumen zwischen Verteilerkolben und Düse durch die Laufzeit der Hochdruckfront, elastische Aufblähungen der Leitungen usw. für erhebliche Verzögerungen zwischen Beginn der Hochdruckförderung und dem eigentlichen Spritzbeginn.
Daher wird Spritzbeginn (als maßgebliche Größe für Verbrauch, Abgase usw.) bei der VP 37 über das Signal eines einen induktiven Nadelbewegungsfühler in einer der Einspritzdüsen überwacht. Dessen Drehwinkel-Versatz zum Motor-OT wird vom MSG mit dem aktuellen Sollwert laut Spritzbeginnkennfeld verglichen und in den Regeleingriff per Spritzverstellerventil in der Einspritzpumpe umgesetzt.



Die Software-Architektur bei PDs entspricht größtenteils den VP 37-Motoren, allerdings wird hier vom MSG kein Mengenstellwerk, sondern die Pumpe-Düse-Einheiten (PDE) angesteuert.

Diese werden von der Vorförderpumpe (eine "Etage" der von der Nockenwelle angetriebenen Tandempumpe, die gleichzeitig den Unterdruck für die Steuerpneumatiken erzeugt) über ihr geöffnetes Magnetventil mit Diesel gefüllt und durchspült.
Soll die Einspritzung beginnen, so schaltet das MSG den Ventilstrom für das betreffende PDE ein. Das Magnetventil schließt und sperrt dadurch die Dieselfüllung im PDE ein. Der vom Rollenkipphebel betätigte Pumpenkolben setzt den Diesel unter Druck, was zum Öffnen der Düse führt. Vor- und Haupteinspritzung beginnen.
Die Einspritzmenge wird über die Öffnungsdauer der PDEs bzw. der Einschaltdauer des PDE-Stromes bestimmt.

Wenn die Sollmenge eingespritzt ist, schaltet das MSG den Ventilstrom ab, und das Magnetventil öffnet sich wieder. Der Hochdruck im PDE entlädt sich in Richtung Kraftstoffvorlauf(!), und die Düsenfeder schließt die Düse. Das restliche Volumen des Förderhubes wird ebenfalls in Richtung Kraftstoffvorlauf zurückgepumpt.

Während der Einspritzung wird der Diesel infolge der Drücke bis über 2000 bar(!) um etliche % seines Volumens komprimiert und gibt nach dem Prinzip einer Fahrradluftpumpe Wärme an den PDE-Körper ab.
Damit die PDEs dabei nicht überhitzen, werden sie zwischen den Einspritzvorgängen von der Tandempumpe mit Diesel durchspült und so gekühlt.
Im Pmax-Bereich kann der zum Tank zurücklaufende Diesel so heiß werden, dass er den Tank beschädigen würde. Daher haben PD-Fahrzeuge einen Dieselkühler im Rücklauf, entweder als Diesel-Wasser-Kühler mit eigener elektrischer Wasserumwälzpumpe (die vom MSG je nach Rücklauftemperatur angesteuert wird), oder als ungeregelten Diesel-Luft-Kühler an der Wagenunterseite, der einem riesigen Kühlkörper für Leistungselektroniken ähnelt.

Bei PD-Motoren ist das Hochdruckvolumen zwischen Pumpenkolben und Düsen so klein, daß nur eine minimale (und ausreichend genau berechenbare) Verzögerung zwischen Beginn des Hochdruckaufbaues und dem Spritzbeginn entsteht. Daher haben sie keinen Nadelbewegungsfühler, und statt des Spritzbeginns wird beim PD mit dem Förderbeginn gearbeitet. Er liegt in dem Augenblick, wo die Stromverlaufsüberwachung des Magnetventils den Anschlag der Ventilnadel meldet und Hochdruckerzeugung beginnt.
Zwischen dem Einschalten des PDE-Stromes und dem Anschlag der Ventilnadel vergeht allerdings prinzipbedingt eine kurze Zeit, vergleichbar mit der Anzugszeit eines Relais. Daher muß der Ventilstrom etwas früher eingeschaltet werden, als die Hochdruckförderung beginnen soll.
Diese Anzugszeit des Magnetventils wird für jedes PDE gemessen und dazu genutzt, den nächsten Einschaltzeitpunkt des Stromes so weit vorzuverlegen, daß der Soll-Förderbeginn (theoretisch) genau getroffen wird.

Zusätzlich wird die Anzugszeit zur Überwachung der Funktion jedes einzelnen PDE genutzt: Liegt die Anzugszeit außerhalb eines festgelegten Sollbereiches, so erfolgt ein Fehlereintrag für das betreffende PDE.
So ein Fehlereintrag bedeutet aber nicht immer ein defektes PDE, sondern kann auch triviale Ursachen haben wie Luft im Magnetventil (führt zu kürzerer Anzugszeit) oder Betrieb mit hochviskosen Biokraftstoffen (führt durch die Bremsung der Ventilnadel zu längerer Anzugszeit).
Dann führen normale, fertigungsbedingte Streuungen der Anzugszeiten oft dazu, daß der Sollbereich nur für 1 oder einen Teil der PDEs überschritten wird und nur für diese PDEs ein Fehlereintrag erfolgt.


Die Schattenseite der PD-Motoren ist ihr stark drehzahlabhängiger Einspritzdruck: Da nach dem Öffnen der Düsen nur genau die drehzahlabhängige Förderrate des jeweiligen PDE durch die Düsenbohrungen gedrückt wird, werden die allgemein bekannten rund 2000 bar nur im Bereich um 4000 rpm erreicht, während der Druck mit sinkender Drehzahl stark abnimmt.
Bei VP-Motoren wird dagegen das Fördervolumen der Pumpe bis zum Öffnen der Düsen sozusagen in ihrem großem Hochdruckvolumen vorgespeichert und während der Einspritzung zusätzlich aufgebraucht. Das ergibt insgesamt nicht nur höhere Einspritzdrücke, als es der Förderrate der Pumpe entspricht, sondern der Einspritzdruck ist bei VP-Motoren auch deutlich weniger drehzahlabhängig als bei PD-Motoren.
Letztere sind im Verbrennungsablauf auf hohe Einspritzdrücke optimiert und zeigen sich daher im Drehzahlkeller erheblich schlapper als VP-Motoren. Ein denkbarer Ausgleich durch höhere Einspritzmengen würde die Abgaswerte der PD-Motoren unzulässig verschlechtern.

Eine Erhöhung der Einspritzdrücke (und damit des Drehmoments) im Drehzahlkeller wurde durch eine Weiterentwicklung der magnetventilgesteuerten PDE erreicht. Diese Generation 1.1 wird aber nur bei wenigen Motoren verbaut: dem 74kW-AXR und dem neueren 1,9l 77kW TDI, wobei der AXR aus niedrigen Drehzahlen tatsächlich besser antritt als sein Vorgänger ATD mit gleicher Pmax.
Die teilweise neu konstruierten PDEs der neuen 16V-TDIs basieren auf der Technik der PDE 1.1.


Danke an Bertil für seine Unterstützung icon_biggrin.gif

Diagnose von Fahrzeugen mit TDI Motoren:
Steuergerätediagnose mit VCDS



2.0TDI_16V_Zylinderkopf.jpg
 Beschreibung:
 2.0TDI 16V Zylinderkopf mit Nockenwellen und PD-Elementen
 Dateigröße:  280,95 KB
 Angeschaut:  45954 mal

2.0TDI_16V_Zylinderkopf.jpg


2.0_TDI_CR.jpg
 Beschreibung:
 2.0 TDI Motor im Audi A3 8PA
 Dateigröße:  216,85 KB
 Angeschaut:  33620 mal

2.0_TDI_CR.jpg

Gruß Ulf
_________

Polo 6R CDLJ / PNU
Nach oben

Bewertungen - TDI: Grundprinzip der Technik

Durchschnittsbewertung: 4,67 - schlechteste Bewertung: 4 - beste Bewertung: 5 - Anzahl der Bewertungen: 15 - Bewertungen ansehen

Du bist nicht dazu autorisiert dieses Thema zu bewerten. Danke sagen
Weitergeben, Thema teilen Lesezeichen setzen Druckansicht Dieselschrauber Community - Übersicht » Fachartikel
Ähnliche Fachartikel und Themen
Thema Community Bereich
Keine neuen Beiträge Technik/Software des AFN/ALH Diesel - Motorentechnik
Keine neuen Beiträge Audi: 20 Jahre TDI-Technik Diesel - Motorentechnik
Keine neuen Beiträge Technik des Ford Transit FT 350 Kraftfahrzeugtechnik Allgemein
Keine neuen Beiträge Audi 100 AAT auf A6 AAT Technik Umbauen? Diesel - Motorentechnik
Gehe zu:  
Du kannst keine Beiträge in dieses Forum schreiben.
Du kannst auf Beiträge in diesem Forum nicht antworten.
Du kannst Deine Beiträge in diesem Forum nicht bearbeiten.
Du kannst Deine Beiträge in diesem Forum nicht löschen.
Du kannst an Umfragen in diesem Forum nicht mitmachen.
Du kannst Dateien in diesem Forum nicht posten.
Du kannst Dateien in diesem Forum herunterladen.