Elektronisk ladetryksregulering - kontrol af turboladeraktuator

Nyttig viden og vigtige tips om elektromekanisk regulering til variable turboladere.

Stort set alle moderne diesel- og benzinmotorer har i dag en turbolader for at øge motoreffekt og virkningsgrad. For at der altid skal være det optimale ladetryk til rådighed, skal det løbende afpasses efter den aktuelle motorbelastning. I moderne motorer sker det ved hjælp af en elektronisk ladetryksregulering. 

Vigtig sikkerhedsbemærkning
De følgende tekniske informationer og praktiske tips er udarbejdet af HELLA for at hjælpe bilværkstederne professionelt i deres arbejde. De informationer, der gives på denne hjemmeside, må kun benyttes af brancheuddannede fagfolk.

 

INDHOLDSFORTEGNELSE

Ladetryksregulering i turboladeren: Grundprincipper

Turboladeren udnytter energien i udstødningsgassen til at indsuge og komprimere den friske luft til forbrændingen. Dermed kommer der en større luftmængde og dermed mere ilt ind i forbrændingskammeret. Det betyder større motoreffekt og drejningsmoment. Enkelt sagt indeholder turboladeren et udstødnings- og et kompressorskovlhjul, der sidder på samme aksel. Udstødningsgassen fra motoren driver udstødningsskovlhjulet rundt, hvorved også kompressorhjulet drives rundt. 

 

For at afpasse ladetrykket til den øjeblikkelige belastning og for at beskytte motor og turbolader er det nødvendigt med en regulering af ladetrykket. Alt efter typen af turbolader kan der være tale om en mekanisk-pneumatisk eller en elektromekanisk reguleringsanordning. I den følgende del af dette kapitel vil vi primært beskæftige os med den elektromekaniske regulering.

Elektromekanisk reguleringsanordning til turboladere

Turboladeraktuatoren, også kaldet styreboks eller ladetryksregulator, er en elektronisk reguleringsanordning til variable turboladere, og den benyttes især til turboladere af typerne Variable Nozzle Turbine (VNT) og Variable Turbine Geometry (VTG).

 

I disse turboladere med variabel turbinegeometri styrer aktuatoren pålideligt og præcist ledeskovlenes bevægelse. Bevægelsen af ledeskovlene påvirker strømningen af udstødningsgas mod turbinehjulet, hvorved ladetrykket ændres, således at det kan afpasses optimalt til alle omdrejningsområder. Det nødvendige ladetryk reguleres i henhold til en karakteristik, der er programmet ind i motorstyreenheden. Motorstyreenheden sender information om det ønskede ladetryk til turboladeraktuatoren i form af et signal via en databusforbindelse. Aktuatoren indstiller ledeskovlene til den korrekte vinkel i henhold til signalet. 

 

Fordelene ved en elektronisk reguleringsanordning er:

  • Hurtigere reaktion fra turboladeren allerede ved lave omdrejningstal
  • Nøjagtig indstilling af ledeskovlene i alle omdrejningsområder
  • Forbedring af emissionerne

Indstilling af ledeskovlene

Turbinehuset indeholder bevægelige ledeskovle, der er anbragt cirkulært på en holdering, og deres akser er forbundet med en justeringsring via styretappe. Justeringsringen er igen forbundet med turbolader-aktuatoren med en stangforbindelse. 

 

Når justeringsringen bevæges af aktuatoren, drejer alle ledeskovlene synkront, hvorved turbinens indløbsareal gøres større eller mindre. Det påvirker strømningsforholdene i udstødningsgassen og dermed turbinens omdrejningstal. Dermed kan ladetrykket forøges eller reduceres efter ønske og behov. 

Turboladeraktuatoren: Konstruktion og funktion

Aktuatorens væsentligste funktion består i at bringe akslen i den position, der bestemmes af styreenheden hhv. beregnes på basis af karakteristikken.

 

Ved hjælp af den kontaktløse, induktive positionssensor (CIPOS-sensor) registreres og tilbagemeldes akslens position kontinuerligt. Registreringen af vinklen sker induktivt via en berøringsfri og dermed slidfri procedure, hvilket sikrer høj målenøjagtighed i hele levetiden. Den benyttede CIPOS-teknologi udmærker sig specielt ved ufølsomhed over for magnetfelter og sin høje temperaturstabilitet.

 

Den integrerede elektronik omfatter foruden CIPOS-sensoren til nøjagtig positionsbestemmelse også aktivering af elmotoren og en fejldiagnose. Dermed kan fejl registreres og tilbagemeldes, og der kan automatisk udledes de nødvendige reaktioner. Aktuatoren har et fleksibelt arbejdsvinkelområde og foretager en kontrolleret bevægelse helt ud til endestoppet. 

 

Kommunikationen i bilen kan alt efter udførelse ske både via CAN-Bus og via et pulsbreddemoduleret signal (PWM).

Elektronisk ladetryksregulator defekt

Svigt i den elektromekaniske turboladeraktuator kan medføre følgende symptomer:

  • Nedsat motoreffekt
  • Dårlig eller utilstrækkelig acceleration
  • Motorkontrollampen lyser
  • Reduktion af hastigheden
  • Bilen kører i „nødprogram“
     

Årsager til defekt elektronisk ladetryksregulering: Fejlårsag

Årsagerne til en defekt i turboladeraktuatoren kan være:

  • Stangmekanismen i reguleringen eller styrespjældene går stramt eller er defekte
  • Korrosion af de elektriske komponenter som følge af miljøpåvirkninger (vand, salt, etc.)
  • Mekaniske skader som følge af udefra kommende påvirkninger

 

En defekt i drevet til turboladeraktuatoren følger som regel efter en fejl i indstillingen af ledeskovlene i turboladeren. Udstødningsgassen bevirker med tiden en kraftig tilsmudsning i turboladerens indre. Denne soddannelse kan forringe ledeskovlenes bevægelighed. Det medfører, at der kræves at større moment i hele reguleringsmekanismen og i sidste ende til skader i drevet i aktuatoren og fejlmeldinger i motorstyreenheden.

Fejlfinding og reparation af den elektroniske ladetryksregulator: Reparationsvejledning

Ved fejlfindingen skal der efter diagnosen af styreenheden først foretages en visuel kontrol af turboladeren i motorrummet.

 

Turbolader og dens enkelte komponenter skal altid betragtes og diagnosticeres som en enhed. De fleste bilfabrikanter leverer ikke reservedele til VNT/VTG- turboladere. Det skyldes ikke, at man regner med, at teknikerne på værkstederne ikke kan montere de enkelte komponenter, men at turboladeren og den elektromekaniske aktuator skal afstemmes eksakt til hinanden inden montering i bilen. Denne kalibrering sker i afmonteret stand i en strømningsprøvestand til turboladere (flowbench eller flow bench). På denne specielle prøvestand måles og indstilles den modelspecifikke gennemstrømningsrate (MIN/MAX flow) i forbindelse med grundindstillingen. Desuden kan det være nødvendigt - alt efter udførelse - at nogle aktuatorer inden kalibrering først skal aktiveres med en speciel karakteristik for siden at kunne genkendes af motorstyreenheden i bilen.

Selv om mange turboladeraktuatorer i det ydre ser end ud, er opbygning og konfiguration forskelligt udført og afstemt alt efter bilmodel og turboladerenhed. Der kan monteres to typer af HELLA turboladeraktuatorer i en given kombination med turboladeren i henhold til bilfabrikantens krav. Her skelner man mellem udførelserne „Smart” og „Simple“. „Smart“ styrer selvstændigt indstillingen af ledeskovlene via en integreret styreenhed, medens „Simple“ aktiveres af en overordnet motorstyreenhed. Selv om de se ens ud, er den tekniske opbygning af elektronikken, drevet og husets konfiguration helt forskellige.

 

Derfor er det ikke muligt at foretage reparation med udskiftning af diverse komponenter som drev eller elektronik fra forskellige aktuatorer.

Kontrol med diagnoseapparat med en Mercedes-Benz E350 som eksempel: Styreenhedsdiagnose

De følgende diagnoseinformationer vises med en Mercedes-Benz E350 24V CDI (212) årgang 2014 som eksempel. 

 

Turboladeraktuatorens funktion overvåges af den tilhørende, overordnede systemstyreenhed. Fejl lagres i motorstyreenhedens fejlhukommelse, hvorfra de kan udlæses med et diagnoseapparat. Alt efter bilmodel og system kan der vælges yderligere funktioner som parametre og aktuatortest, som kan vises i diagnoseenheden. Dataene fra styreenhedskommunikationen er grundlaget for den egentlige fejlfinding og en vellykket reparation.

Fejlkode

I denne funktion kan fejlkoderne i fejlhukommelsen udlæses og slettes. Desuden kan informationer om fejlkoden udlæses.

 

I vores eksempel er stikforbindelsen til turboladeraktuatoren afmonteret, hvorved fejlkoden P004500 er blevet lagt i fejlhukommelsen.

 

P004500 / ladebegrænserspjæld
> elektrisk fejl eller brud

Parametre

I denne funktion kan der vælges og vises aktuelle måleværdier som atmosfærisk tryk og ladetryk.

Grundindstilling

I denne funktion kan anslagsværdierne for den nye turboladerenhed indlæres i den overordnede styreenhed.

Aktuatortest

Denne funktion kan den elektromekaniske turboladeraktuator aktiveres ved hjælp af diagnoseapparatet. Dermed kan der foretages en funktionskontrol af periferien og de tilhørende systemkomponenter uden større demonteringsarbejder.

Ledningsdiagrammer

Systemspecifikke ledningsdiagrammer fra køretøjsinformationerne kan benyttes ved fejlfinding. Her kan man f.eks. se stikbenens forbindelser i tuboladeraktuatoren og benytte dem ved den fortsatte fejlfinding. 

Bemærk!

De enkelte diagnosemuligheder vises med diagnoseapparatet mega macs 77 som eksempel. De aktuelle testmuligheder og funktionsantal kan være forskellige for forskellige bilmærker, og de afhænger af den aktuelle systemkonfiguration af styreenheden.

 

Skematiske fremstillinger, billeder og beskrivelser bruges kun til forklaring og illustration af teksten og kan ikke anvendes som grundlag for reparation af en given bil.