Elektronische laaddrukregelaar

Nuttige kennis en waardevolle tips rond het onderwerp elektromechanische regelapparatuur voor variabele turboladers.

Tegenwoordig is bijna elke moderne diesel- of benzinemotor uitgerust met een uitlaatgasturbolader om de motorprestaties en het rendement te verhogen. Om ervoor te zorgen dat de optimale aanjaagdruk altijd beschikbaar is, moet deze worden aangepast aan de desbetreffende belastingstoestand. In moderne voertuigen gebeurt dit door de elektronische laaddrukregelaar. 

Belangrijke veiligheidsinstructie
De volgende technische informatie en praktische tips zijn door HELLA ontwikkeld om personenautogarages professioneel te ondersteunen bij hun werkzaamheden. De op deze website beschikbare informatie mag alleen worden gebruikt door vakmensen die in de desbetreffende materie zijn opgeleid.

 

INHOUDSOPGAVE

Laaddrukregeling voor turbolader: Basisprincipes

De turbolader gebruikt de energie van de uitlaatgassen om verse lucht voor de verbranding aan te zuigen en samen te persen. Hierdoor kan een grotere hoeveelheid lucht en dus meer zuurstof in de verbrandingskamer worden gebracht. Het motorvermogen en het motorkoppel nemen toe. Eenvoudig uitgelegd bestaat de uitlaatgasturbolader uit een uitlaatgasturbine en een compressorturbine, die via een as met elkaar verbonden zijn. Het uitlaatgas dat uit de motor stroomt, drijft de uitlaatgasturbine en dus ook de compressorturbine aan. 

 

Om de aanjaagdruk aan te passen aan de aanjaagdruktoestand en om de motor en de turbolader te beschermen, is een laaddrukregeling vereist. Afhankelijk van het type turbolader kan hier een mechanisch-pneumatisch of elektromechanisch regelsysteem worden gebruikt. In het verdere verloop van dit hoofdstuk zullen wij ons hoofdzakelijk bezighouden met de elektromechanische regeling.

Elektromechanisch regelsysteem voor de uitlaatgasturbolader

De turboladeractuator, ook wel regelkast of laaddrukregelaar genoemd, is een elektronische besturingseenheid voor variabele turboladers en wordt voornamelijk gebruikt voor Variable Nozzle Turbine (VNT) en Variable Turbine Geometry (VTG)-turboladers.

 

In deze turboladers met variabele turbinegeometrie regelt de actuator betrouwbaar en nauwkeurig de beweging van de leischoepen. Door het verstellen van de leischoepen wordt de uitlaatgasstroom naar het turbinewiel beïnvloed, daardoor wordt de aanjaagdruk gewijzigd en kan deze optimaal worden aangepast aan alle toerentalbereiken. De vereiste aanjaagdruk wordt geregeld aan de hand van een in het motorbesturingssysteem opgeslagen karakteristiekendiagram. Het motorbesturingsapparaat zendt de gewenste aanjaagdruk in de vorm van een signaal via een databusverbinding naar de turboladeractuator. De actuator verstelt de leischoepen overeenkomstig de in het signaal vervatte gewenste hoekpositie. 

 

De voordelen van een elektronisch regelsysteem zijn:

  • Snellere reactie van de turbolader, zelfs bij lage motortoerentallen
  • Exacte afstelling van de leischoepen in alle toerentalbereiken
  • Verbetering van de emissiewaarden

Afstelling van de leischoepen

In de turbinebehuizing zijn de bewegende leischoepen in een cirkel op een dragerring geplaatst en met hun assen via geleidepennen met de stelring verbonden. De stelring is op zijn beurt via een stangensysteem met de turboladeractuator verbonden. 

 

Als de stelring door de actuator wordt bewogen, worden alle leischoepen synchroon versteld en wordt het turbine-inlaatgedeelte dus verkleind of vergroot. Dit heeft op zijn beurt een invloed op het stromingsgedrag in de uitlaatgasstroom en dus op het turbinetoerental. Hierdoor kan de aanjaagdruk selectief worden verhoogd of verlaagd. 

De turboladeractuator: Constructie en werking

De belangrijkste functie van de actuator bestaat eruit de as in de door de besturingseenheid gespecificeerde of op basis van het karakteristiekendiagram berekende positie te brengen.

 

Met behulp van de contactloze inductieve positiesensor (CIPOS-sensor) wordt continu de positie van de as bepaald en actief teruggemeld. De hoekbepaling geschiedt hierbij inductief via een contactloos en daardoor slijtagevrij proces, wat een hoge meetnauwkeurigheid over de gehele levensduur garandeert. De gebruikte CIPOS-technologie onderscheidt zich met name door zijn ongevoeligheid voor magnetische velden en zijn hoge temperatuurstabiliteit.

 

Naast de CIPOS-sensor voor een nauwkeurige positiebepaling omvat de geïntegreerde elektronica ook de aansturing van de elektromotor en de foutdiagnose. Op die manier kunnen fouten worden opgespoord en teruggemeld en kunnen daaruit automatisch adequate reacties worden afgeleid. De actuator heeft een flexibel werkhoekbereik en voert een gecontroleerde beweging uit naar de eindaanslag. 

 

Afhankelijk van de uitvoering is de communicatie in het voertuig zowel via de CAN-bus als via een impulsbreedtemodulerend signaal mogelijk.

Elektronische laaddrukregelaar defect

Een storing in de elektromechanische turboladeractuator kan zich als volgt voordoen:

  • Vermogensverlies
  • Slechte of onvoldoende versnelling
  • Oplichten van het motorcontrolelampje
  • Vermindering van de voertuigsnelheid
  • Voertuig loopt in de "noodmodus”
     

Oorzaak van defecte elektronische laaddrukregelaar: Uitvalsoorzaak

Oorzaken van een defect aan de turboladeractuator kunnen zijn:

  • Storing in de verbinding van het regelsysteem of de leischoepen
  • Corrosie van elektrische onderdelen door milieu-invloeden (water, zout, enz.)
  • Mechanische schade door externe invloeden

 

Een defect in de turboladeractuator wordt gewoonlijk voorafgegaan door een defect in de afstelling van de leischoepen op de turbolader. Na verloop van tijd zorgt de uitlaatgasstroom voor zware vervuiling in de turbolader. Deze roetvorming verslechtert de werking van de leischoepen. Dit leidt tot een hogere koppelbehoefte voor de gehele actuator en uiteindelijk tot tandwielschade aan de actuator en foutinvoer in de motorbesturingseenheid.

Oplossen van problemen en reparatie van de elektronische laaddrukregelaar: Reparatie-instructie

Als onderdeel van het foutopsporingsproces moet na de ECU-diagnose eerst een visuele inspectie van de turbolader in de motorruimte worden uitgevoerd.

 

De turbolader moet met zijn afzonderlijke onderdelen altijd als een eenheid worden beschouwd en gediagnosticeerd. De meeste voertuigfabrikanten leveren geen vervangende onderdelen voor VNT/VTG-turboladers. Dit is niet omdat de technici in de werkplaats geen vertrouwen hebben in het vervangen van afzonderlijke onderdelen, maar omdat de turbolader en de elektromechanische actuator nauwkeurig op elkaar moeten worden afgestemd voordat zij in het voertuig kunnen worden ingebouwd. Deze kalibratie wordt in gedemonteerde toestand uitgevoerd op een stromingsbank voor turboladers (flowbench of flow bench). Op deze speciale testbank wordt het voertuigspecifieke debiet (MIN/MAX flow) bepaald en ingesteld als onderdeel van een basisafstelling. Daarvoor kan het, afhankelijk van het ontwerp, nodig zijn dat sommige actuatoren eerst met een speciale karakteristiekengrafiek worden geactiveerd voordat zij worden gekalibreerd, zodat zij vervolgens in het voertuig door de motorbesturingseenheid kunnen worden herkend.

Hoewel veel turboladeractuatoren er aan de buitenkant hetzelfde uitzien, verschillen het ontwerp en de configuratie naargelang het voertuigtype en de turboladereenheid. In de door de voertuigfabrikant gewenste combinatie met de turbolader kunnen twee soorten HELLA-turboladeractuatoren worden ingebouwd. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen de "smart" en "simple" -versies. Door middel van een geïntegreerde regeleenheid regelt de "smart" autonoom de afstelling van de leischoepen, terwijl de "simple" wordt aangestuurd door een motorregeleenheid op een hoger niveau. Hoewel visueel vergelijkbaar, is het technisch ontwerp van de elektronica, de overbrenging of de configuratie van de behuizing fundamenteel verschillend.

 

Daarom is een reparatie door het uitwisselen van verschillende onderdelen, zoals tandwielen of elektronica, van verschillende actuatoren niet mogelijk.

Testen met het diagnoseapparaat aan de hand van het voorbeeld van een Mercedes-Benz E350: Regelapparatendiagnose

De volgende diagnose-informatie wordt gepresenteerd met een Mercedes-Benz E350 24V CDI (212) uit 2014 als voorbeeld. 

 

De werking van de uitlaatgastemperatuursensor wordt bewaakt door het daarvoor bestemde systeemregelapparaat op een hoger niveau. Eventuele fouten worden opgeslagen in het foutgeheugen van de motorbesturingseenheid en kunnen met een geschikt diagnoseapparaat worden uitgelezen. Afhankelijk van het voertuig en het systeem, kunnen extra functies zoals een parameter- of actuatortest worden geselecteerd en weergegeven in het diagnoseapparaat. De gegevens van de ECU-communicatie vormen de basis voor de eigenlijke probleemoplossing en een succesvolle reparatie.

Storingscode

Met deze functie kunnen de in het storingsgeheugen opgeslagen foutcodes worden uitgelezen en gewist. Daarnaast kan er informatie over de storingscodes worden opgeroepen.

 

In onze voorbeeld werd de elektrische stekkerverbinding van de turboladeractuator losgekoppeld, waardoor foutcode P004500 in het foutgeheugen werd opgeslagen.

 

P004500 / aanjaagbegrenzingsklep
> elektrische storing of onderbreking

Parameters

In deze functie kunnen actuele meetwaarden, zoals atmosferische druk en aanjaagdruk, worden geselecteerd en weergegeven.

Basisafstelling

In deze functie kunnen de stopwaarden van de nieuwe turbolader in de bovenliggende besturingseenheid worden ingeleerd.

Actuatortest

In deze functie kan de elektromechanische turboladeractuator door het diagnoseapparaat worden aangestuurd. Aldus kan een functionele controle van de periferie en de desbetreffende systeemcomponent worden uitgevoerd zonder alles te hoeven demonteren.

Schakelschema's

Voor de foutopsporing kunnen systeemspecifieke schakelschema's uit de voertuiginformatie worden gebruikt. Hier kan bijvoorbeeld de PIN-indeling op de turboladeractuator worden afgelezen en gebruikt voor verdere probleemoplossing. 

Aanwijzing!

De verschillende diagnosemogelijkheden worden weergegeven aan de hand van het voorbeeld van het diagnoseapparaat mega macs 77. De testdiepte en het aantal verschillende functies kunnen afhankelijk van de voertuigfabrikant en de systeemconfiguratie van het regelapparaat variëren.

 

Schema's, foto's en beschrijvingen zijn bedoeld om de tekst van het document nader toe te lichten en visueel te verduidelijken en kunnen niet worden gebruikt als basis voor voertuigspecifieke reparaties.