1.4 Die elektrischen Anschlüsse – Steckverbindungen
1.8 Unterschiede Generation 1 und 2 des Common Rail System
1.9 Das Unterdrucksystem – Eine Übersicht
1 Prinzipieller Aufbau
Der M57 Motor ist sog. Common-Rail Motor mit elektronisch gesteuerten Einspritzdüsen/Injektoren und besitzt einen Turbolader mit einer Variablen Turbinen Geometrie (VTG-Verstellung), die das sog. „Turboloch“, also die fehlende Leistung im unteren Drehzahlband ausgleichen soll.
1.1 Ladeluft-Führung
Die Luft wird durch den Luftfilter angesaugt und dann durch die Luftmassen-Meßeinheit geführt. Der Luftmassenmesser (LMM) kann nicht durch die Onboard-Diagnose auf Fehler überprüft werden, daher sind diesbezüglich auch keine Fehlerspeicher-Einträge vorhanden.
Der Kanal führt dann zum Turbolader und mittels Schläuchen/Alu-Rohren zum Ladeluftkühler. Dieser befindet sich unterhalb des Wasserkühlers.
Der Turbolader erhöht den Luftdruck im System auf bis zu 2,2 – 2,3 bar (also eine Erhöhung des rel. Luftdruckes um 1,2 – 1,3 bar). Diese Erhöhung verläuft nicht linear zur Motordrehzahl, sondern die Ladedruck-Erhöhung sollte schon bei geringen Drehzahlen (1.200) und bei hohem Wunsch-Drehmoment anliegen. Erreicht wird diese „Nichtlinearität“ durch eine Variable Turbinen Geometrie (VTG-Verstellung). Diese Verstellung wird durch das Motor-Steuergerät (DDE – Digitale Diesel Elektronik) kontrolliert und geschieht in Abhängigkeit von mehreren Parametern (ein Wichtiger ist das Fahrer-Wunschdrehmoment) und ist Kennfeld gesteuert.
Beispiel Ladedruck Kennfeld © community.dieselschrauber.de
Der Ausgang des Ladeluftkühlers führt wieder mittels Alu-Rohr und Schläuchen auf das Abgas-Rückführungsventil (AGR). Dieses Ventil dient zur Verbesserung der Abgaswerte im unteren/mittleren Drehzahlband und mischt die Frischluft mit einem einstellbaren Anteil an Abgasen.
Das AGR-Ventil ist direkt mit dem Luftsammler – oft auch als Ansaugbrücke bezeichnet – verschraubt (der Terminus „Ansaugbrücke“ ist bei einem Diesel irreführend, da ja ein Überdruck herrscht, wird die Luft nicht „angesaugt“ sondern „hereingedrückt“). An dem Luftsammler befindet sich der Ladeluft-Sensor sowie bei einem Automatik-Fahrzeug die Drall-Klappen-Steuerung.
Der Luftsammler ist je Zylinder zwei-kanalig ausgeführt; der Hauptkanal führt unten direkt in die Haupt-Einlass Kanäle, des Weiteren gibt es einen „Verwirbelungskanal“, welcher in einem oberen Bogen durch den Ventildeckel in den Ansaugkanal führt. Die Drallklappen-Steuerung bewirkt eine Steuerung/Veränderung des Luftflusses durch die oberen oder unteren Kanäle.
1.2 Kraftstoff-Vorförderung:
(Siehe Unterschiede des M47 Motor (2.0 Diesel)) Der Dieselkraftstoff wird aus dem Tank durch die InTank-Pumpe mit ca.1bar gefördert.
Der Kraftsoff-Vorförderdruck wird durch die InLine-Pumpe unter dem Fahrersitz auf ca 3,5 – 4,5 bar erhöht.
Von der InLine-Pumpe fließt der Kraftstoff durch den Dieselfilter. Auf dem Dieselfilter ist der Drucksensor Vorförderdruck positioniert der seine Informationen an die DDE (Digitale Diesel-Elektronik- / Motorsteuergerät) sendet.
Vom Dieselfilter wird direkt zur Hochdruckpumpe gefördert.
Der Kraftstoff passiert das Druckregelventil „Eingangsdruck“ welches im Wesentlichen dazu dient, den Motor abzuschalten sowie den Wirkungsgrad der Hochdruck-Pumpe immer im optimalen Bereich zu halten. Die Regelung dieses Ventils beeinflusst Kraftstofftemperatur und Kraftstoffmenge/-druck.
1.3 Die Stellglieder
Der Motor hat insgesamt folgende Stellglieder, die unterschiedlich angesteuert bzw. betrieben werden:
- Die VTG-Verstellung des Turbo durch Unterdruck / Ventile elektrisch
- Die AGR-Verstellung durch Unterdruck / Ventile elektrisch
- Bei Automatik: Drallklappen durch Unterdruck / Ventile elektrisch
- Hochdruck-Regelventil elektrisch
- Injektoren / elektrisch
- Hochdruck-Pumpe mittels Kette von der Kurbelwelle
- InLine-Pumpe(Vorförderpumpe) / elektrisch
- InTank-Pumpe / elektrisch
Die gesamte Unterdruck-Thematik ist ausführlich in Kapitel 1.9 Das Unterdrucksystem – Eine Übersicht, 3.1.3 Unterdruck Prüfen und 6.1 Unterdruck-System beschrieben.
Eine gezielte Fehlersuche ist ohne Informationen über die jeweiligen Sensoren sowie dem Fehlerspeicher so gut wie unmöglich
1.4 Die elektrischen Anschlüsse – Steckverbindungen
Generell sollten die Stecker und (wenn man die Kenntnisse hat) auch die Kabel aller Komponenten überprüft werden, bevor man die jeweiligen Sensoren, Steuergeräte, Regelventile etc. gleich ersetzt.
Die Kabel und Stecker am Motor sind erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt und können fehlerhafte Werte in Bezug auf die Motor-Regelung oder Fehlerspeicher-Einträge erzeugen.
Die Stecker abziehen und auf Verschmutzungen und ggfs. lockere Steckverbindungen (ausgeleierte Kabelschuhe etc) achten. Die Kabel auf Durchgang zu den jeweiligen Endpunkten und gegen Kurzschluss nach Masse prüfen (das erfordert allerdings tiefere Kenntnisse der Verkabelung).
1.5 Die Hochdruck-Erzeugung
(Siehe Unterschiede des M47 Motor (2.0 Diesel)) Die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung sind beim Common-Rail-System voneinander getrennt (entkoppelt). Eine separate Hochdruck-Pumpe erzeugt kontinuierlich Druck. Der Druck wird in der so genannten Rail (= Schiene, Leitung) gespeichert und über kurze Einspritzleitungen den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt. Durch den ständig anstehenden hohen Druck von maximal 1.350 bar (1.600 bar 2. Generation) lässt sich ein sehr genauer Einspritzverlauf erzielen
Der Raildruck wird mittels Druckregelventil gesteuert. Das CR System von BOSCH arbeitet mit einem Mindestdruck von 250bar. Dieser Raildruck muss erreicht werden, um den Motor zu starten.
Das Steuergerät erhält die Information „Raildruck“ über den Raildrucksensor.
1.5.1 Hinweise zur Hochdruckpumpe
Diese Hochdruckpumpe ist ein stark belastetes Bauteil und im Austausch teuer. Bei richtiger „Pflege“ wird eine Hochdruckpumpe ein Motorleben halten.
- Der Dieselkraftstoff hat wichtige, schmierende Eigenschaften; deswegen solle ein Diesel-Fahrzeug niemals leer gefahren werden. Auch nur kurzzeitige Ausfälle können die HD-Pumpe zerstören.
- Alle 2 Jahre Austausch des Dieselfilters
- Die neueren Dieselkraftstoffe haben aus Umweltschutzgründen geringere schmierende Schwefelanteile. Deswegen fügen manche Dieselfahrer ein klein wenig 2-Takt-Öl bei einer Betankung hinzu. Auch hierzu gehen die Meinungen stark auseinander.
Die Meinung des Autors hierzu ist Folgende:
Dieser Zusatz (gerade wenn man nicht eine genaue Dosierung einhält) kann die Injektoren komplett zusetzen (so beim Autor geschehen).
Wenn man sich vor Augen hält, dass der bekannte Eurokurier-Fahrer mit dem M57 Motor über 1,2 Mio Kilometer mit einem Motor problemlos abgespult hat, dürfte ein solcher Zusatz in Frage gestellt sein.
1.6 Einspritzung
(Siehe Unterschiede des M47 Motor (2.0 Diesel)) Die Injektoren werden durch Magnetventile gesteuert. Es wird bei diesem System mit je einer Vor- und Haupteinspritzung gearbeitet. Die Voreinspritzung ergibt eine weichere Verbrennung und einen milderen Druckanstieg im Zylinder, gut für die Laufkultur des Dieselmotors. Die Injektoren arbeiten statt mit 12V-Bordspannung mit ca. 50 bis 70 Volt, was die Injektoren schlagartiger öffnen lässt. Die hohe Spannung wird von 2 Kondensatoren (UC1 = Zylinder 1-3, UC2 = Zylinder 4-6) im Steuergerät erzeugt. Gehalten werden die Magnetventile dann von getakteten 12 Volt.
1.7 Rückleitung
Überschüssige Kraftstoffe aus der Hochdruck-Pumpe und aus dem Common Rail werden über den Rücklauf durch einen Kraftstoffkühler auf ca. 80°C und niedriger abgekühlt und dem Tank wieder zugeführt.
1.8 Unterschiede Generation 1 und 2 des Common Rail System
Die Generation 2 des Common-Rail Systems wurde mit den M57TU eingeführt. Auch wenn die unterschiedlichen Leistungsstufen des M57 Motors im E39 bereits eine Gen2. Version vermuten lassen, sind doch alle Hochdruckkomponenten an E39 M57 Motoren identisch. Am M57 kann tatsächlich ein Raildruck von 1.600 bar auftreten, dann liegt das aber an einem defekten Hochdruck-Regelventil.
- Anstieg des max. Einspritzdrucks (Raildruck) auf von 1350bar auf 1600bar
- Die Dreikolben-Hochdruckpumpe hat eine Zumesseinheit erhalten, die auf der Niederdruckseite die Kraftstoffzuteilung für den Pumpenraum begrenzt, was den Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe erhöht. Die Pumpe erzeugt nur noch so viel Hochdruck-Diesel, wie ihr durch das Ventil zugeteilt wird. Der Rest kommt der Schmierung und Kühlung der Pumpe zugute. Der Pumpe wird dann der volle Hub unter diesem hohen Druck erspart, was deren Leistungsaufnahme und damit den Verbrauch senkt
- Die Injektorenwurden ab Generation 2 vom Hersteller mit einem Toleranzcode versehen. Dieser ist von oben auf dem Injektor ablesbar und muss dem Steuergerät mitgeteilt werden. Offensichtlich spritzen einzelne Injektoren verschieden viel Kraftstoff ein, auch wenn Druck- und Öffnungsdauer gleich sind. Nach einer genauen Prüfung direkt nach der Produktion wird der Code ermittelt.
1.9 Das Unterdrucksystem – Eine Übersicht
1.9.1 Warum ein Unterdrucksystem?
Im Gegensatz zu Saugmotoren, kann ein Turbo-geladener Motor keinen Unterdruck einfach durch die Ansaugung erzeugen – im gesamten „Ansaugsystem“ herrscht ab dem Turbo-Lader ein Überdruck. Der Terminus „Ansaugbrücke“ entspricht also nicht der Tatsache. Druckbrücke wäre hier wohl besser gewesen – im Folgenden wird für dieses Bauteil nur noch der offizielle Terminus „Luftsammler“ verwendet.
Mittels des Unterdrucks werden mechanische Stellglieder betrieben und – das wichtigste – der Bremskraftverstärker mit dem notwendigen Unterdruck versorgt. Man hätte auch elektrische Stellglieder (das wird bei moderneren Motoren häufiger gemacht.) verwenden können. Eine Verstellung durch eine Unterdruck-Dose ist jedoch einfacher zu realisieren und weniger störanfällig – gerade an den thermisch und vibrationsbelasteten Stellen direkt am Motor. Der Nachteil besteht in der Alterung von besagten Schläuchen, Membranen der Unterdruckdosen und der Schwierigkeit einer gezielten Fehlerdiagnose.
1.9.2 Prinzipieller Aufbau
Aus oben genanntem Grund besitzt der M57 Motor eine Unterdruckpumpe, die von der Nockenwelle angetrieben wird. Der Unterdruck im gesamten System muss min. 650 mbar betragen.
Dieser herrschende Unterdruck ist die Kraft zur Verstellung von unterschiedlichen Stellgliedern. Damit dieser Unterdruck geregelt eingesetzt werden kann, wird dieser mit den „Druckwandlern“ oder „Druck-Regelventilen“ gesteuert (Ausnahme ist der BKV, da ist der „Druckwandler“ der Fahrer, wenn er das Bremspedal drückt). Diese Druckwandler haben alle einen elektrischen Anschluss und werden vom Motorsteuergerät angesteuert.
Insgesamt sind 4 (beim Automatik-Getriebe 5) Unterdruck-Verbraucher angeschlossen:
| Bremskraftverstärker | AGR-Verstellung (Abgas-Rückführung) |
| Turbo-Verstellung (VTG) | Motorlager-Verstellung |
| Drallklappen Verstellung (Automatik) |
Übersicht Unterdruck-System
Aus diesem Schema wird ersichtlich, dass eine einzelne Undichtigkeit im System immer das ganze System beeinflusst. Mit Ausnahme der Turbo-Verstellung (VTG) und eines Motorlagers liegen alle Teile auf der linken Motorseite unterhalb des Luftsammlers. Mehr unter 6.1 Unterdruck-System