Ladedruckverhalten VAG TDI, Motorkennbuchstabe AHF (Fachartikel)

Zur Erklärung der Funktionsweise der Ladedruckregelung

Maximaler Ladedruck um 2000min^-1

Die Farbe der Messwerte entspricht der Farbe der Kurven, die lila Linie
ist z.B. die Motordrehzahl, beim senkrechten roten Strich sind ca. 4100
min^-1 erreicht.

Allerdings hat das Programm ein paar Bugs bei den Einheiten und Bezeichnungen (es wird KDataScope empfohlen welches es zum damaligen Zeitpunkt nicht gab):

Mbar sind korrekt mbar, 'Engine Speed' (Drehzahl) passt, die anderen
Werte sind Ladedruck Sollwert, Ladedruck Istwert und das Tastverhältnis des Magnetventils zur Ladedruckregelung.

'Left Cursor' ist die grüne Linie ganz links, 'Right Cursor' die
bei der Spitze der gelben Kurve (Ladedruck Istwert).

Das ganze ist im Steuergerät unter Messwertblock 11 zu lesen.

Diese Beschreibung wurde vom Forumsteilnehmer
Ulf zur Verfügung gestellt dem ich hiermit meinen Dank ausspreche!

Vorher noch ein wichtiger Hinweis zur Ladedruckmessung: Aussagekräftig sind nur Werte nach mindestens 3s Vollgas (gedrückt halten!) und einer Motordrehzahl über 2000min^-1.
Im Leerlauf oder unter Teillast sinkt der Ladedruck auf Werte knapp über Atmosphärendruck ab.
Gemessene Werte für den eingeregelten Ladedruck bewegen sich bei den 90PS TDIs bei ca. 0.9-0.95bar, bei den 110PS TDIs bei ca. 1bar. Die stärkeren Pumpe-Düse Versionen der 1.9l Motoren liegen noch wesentlich darüber.

• Das System Motor + Turbolader hat eine Tendenz zur Selbstzerstörung:

- der Lader wird vom Abgasstrom angetrieben

- der angetriebene Lader erhöht die Frischluft- bzw. Gemischförderung
in die Brennräume

- mehr Gemisch in den Brennräumen ergibt größere
Abgasmengen

- größere Abgasmengen treiben den Lader stärker
an . . .

- . . . was die Gemischmenge in den Brennräumen weiter erhöht
usw.


Da der Abgasstrom sozusagen das Produkt aus Gemischmenge und Motordrehzahl
darstellt, kommt dieser Kreislauf unterhalb einer bestimmten Mindestdrehzahl
trotz Vollgas nicht in Gang, wird aber andererseits durch hohe Drehzahlen
selbst bei Teillast umso mehr beschleunigt.


• Damit dieser Kreislauf nicht zur Überlastung des Laders und / oder
  des Motors führt, muß der Ladedruck begrenzt werden. Beim VTG-Lader
  (Variable Turbinen-Geometrie) geschieht das durch
  Verstellen der Leitschaufeln rund um die Abgasturbine. Dadurch wird die
  Anströmung der Turbine verändert, was die Laderdrehzahl und damit
  den Ladedruck beeinflußt.


• Die Kraft zum Verstellen der Leitschaufeln (über
  einen Ringmechanismus im Lader) wird von einer Membrandose geliefert.
  Diese wird mit Unterdruck gespeist, der wiederum von einer Pumpe am Motor
  (die u.a. auch den Bremskraftverstärker versorgt) erzeugt wird.

Ohne Unterdruck wird die VTG-Mechanik durch die Membrandose in die
Ruhestellung geführt, in der die Abgasturbine nicht angeströmt
wird. Mit steigendem Unterdruck lenken die Leitschaufeln immer mehr Abgase
auf die Abgasturbine, und der Ladedruck wird bei ausreichendem Abgasstromimmer höher.


• Zur Begrenzung bzw. Regelung des Ladedrucks wird dieser laufend vom Motorcomputer
  gemessen. Steigt der Druck über den von Kennfeldern vorgegebenen Sollwert,
  so betätigt der Motorcomputer elektrisch ein Steuerventil (Druckwandlerventil),
  das den Unterdruck in der VTG-Membrandose verringert, wodurch der Ladedruck
  absinkt.


• Das elektrische Druckwandlerventil hat Eingänge für den Unterdruck
  der Motorpumpe und den (atmosphärischen) Außendruck, sowie einen
  Ausgang. Es kann nicht nur geöffnet und geschlossen werden, sondern
  je nach Ansteuerung durch
  den Motorcomputer (Tastverhältnis zwischen Spannung ein und
  Spannung aus in sehr schneller Folge) auch Zwischenstellungen einnehmen,
  so daß seinem Ausgang jeder Druckwert zwischen Außen- und Unterdruck
  gemischt und so die VTG-Mechanik stufenlos verstellt werden kann.
  
  Ohne Steuerspannung liegt am Ventilausgang der Außendruck an.
  So bleibt bei einem elektrischen Ausfall des Druckwandlerventils die VTG-Mechanik
  in ihrer Ruhestellung, und es kann kein Ladedruck aufgebaut werden.
  
  
• Da der Lader auf schnelles Ansprechverhalten (kleine Turbinen mit geringer
  Masse) ausgelegt ist, würde die Turbinendrehzahl bei jeder deutlichen
  Verstellung der VTG-Mechanik fast schlagartig und meist zu weit hochlaufen
  bzw. abfallen, worauf wieder entgegengesetzt nachgeregelt werden müßte
  usw.

Ein derart schwingender Ladedruck würde sich in einer schaukelnden
Beschleunigung bemerkbar machen.

Um solche Erscheinungen auszuschließen, wurde die Ladedruck-Regelfunktion
des Motorcomputers per Software relativ träge ausgelegt. Dies führt
bei schnell steigendem Ladedruck zu einer kurzen Überschreitung des
Sollwertes, bis die Regelung das Druckwandlerventil soweit verstellt hat, daß der
Ladedruck wieder auf den Sollwert absinkt.

In der Nähe des Sollwertes wird zudem noch behutsamer geregelt
als bei starken Abweichungen. So wird bei normaler Funktion aller Komponenten
selbst bei hektischen Gaspedalbewegungen ein Aufschaukeln der Ladedruckregelung
sicher vermieden.


• Unterhalb des Soll-Ladedrucks wird das Druckwandlerventil in Abhängigkeit
  von der Motordrehzahl nur so weit geöffnet, daß bei plötzlichem
  Beschleunigen der Ladedruck bis zum Regel-Eingriff nicht allzu weit hochschießt.
  Dennoch kann der Ladedruck bei schlagartigem Vollgasgeben aus ca. 1.000
  min^-1 im 1.Gang wegen der schnell steigenden Motordrehzahl für Sekundenbruchteile
  bis ca. 1,3 bar ansteigen (Soll: etwa 1 bar), bevor er innerhalb von ca.
  2 Sekunden auf den Sollwert heruntergeregelt wird.

Beim gleichen Manöver aus etwa 1.500 min^-1 werden als Spitze nurca. 1,2 bar erreicht; in höheren

Gängen wegen des langsameren Drehzahlanstieges noch weniger (gemessen
an einem 97er AFN-Motor).


• Ein Verkürzen des VTG-Gestänges erhöht lediglich die besagten
  Druckspitzen bis zum Eingriff der Regelung, wogegen die Höhe des eingeregelten
  Ladedrucks nicht verändert wird (solange noch eine Regelung möglich
  ist), da der Motorcomputer das Druckwandlerventil einfach mit einem anderen,
  passenden Tastverhältnis ansteuert.

Zu hohe Druckspitzen können u.U. zu Laderschäden (Überdrehzahlen),
zum Abrutschen von Schlauchverbindungen in den Ansaugwegen, zum Platzen des Ladeluftkühlers oder anderen Schäden führen.

Kann der Ladedruck z.B. wegen einer blockierten VTG-Mechanik oder eines übermäßig verkürzten VTG-Gestänges nicht mehr auf den Sollwert heruntergeregelt werden, so reduziert der Motorcomputer die Einspritzmenge um auf diesem Weg den Ladedruck abzusenken.
Dabei wird gleichzeitig die Motorleistung deutlich verringert.