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Entwicklung 1.6 TDI
Moin zusammen.
Ich habe mich in letzter Zeit über den 1.6 TDI Motor und vor allem dessen Langlebigkeit/Zuverlässigkeit informiert. Leider habe ich nennenswerte Laufleistungen fast nur im Golf 6 1.6er Motor finden können, wahrscheinlich weil der neue einfach noch zu jung ist.
Meine Frage ist jetzt inwiefern sich die jeweiligen Motoren (CAYC - Golf 6, CLHA - Golf 7 und evt. auch die 110PS-Version CRKB) unterscheiden. Ist von einer ähnlichen Langlebigkeit auszugehen oder wurden die neuen Motoren so überarbeitet, dass sie vielleicht solider oder auch schlechter geworden sind?
Vielen Dank schonmal im Voraus
pnamehr
Beste Antwort im Thema
Der EA288 unterscheidet sich vom EA189 wie folgt: (Quelle VW und eigene Recherche)
Der modulare Aufbau des neuen EA288 TDI-Motors umfasst die motornahe Abgasreinigung, einen neuentwickelten Zylinderkopf mit integriertem Ventiltriebsmodul, eine kombinierte Öl– und Vakuumpumpe und den in das Saugrohr integrierten Ladeluftkühler.
Das Zylinderkurbelgehäuse ist, wie bei den TDI Vorgängeraggregaten aus Grauguss GJL250 hergestellt und in der bewährten long-skirt Bauweise ausgeführt. Das Entwicklungsziel war ein gewichtsreduziertes Kurbelgehäuse zu entwickeln und gleichzeitig weitere Bauteile zu integrieren.
Diese Ziele wurden durch die konstruktive Ausführung folgender technischer Merkmale erreicht:
- Integrierte Ausgleichswellen oberhalb der Kurbelwelle
- Kurzer Wassermantel zur schnellen Bauteilerwärmung
- Kühlung der Stege zwischen den Zylindern
- Integration von Thermomanagement-Maßnahmen bei der Öl- und Wasserführung
- Anordnung des Gewindes für die Zylinderkopfschrauben unterhalb des Wassermantels
- Optimierung der Roh- und Reinölführung zur Minimierung der Strömungsverluste
- Verlängerung der Ölrücklauf- und „Blow-by“-Kanäle bis zur Trennebene der Ölwanne
Durch die tiefer angeordneten Zylinderkopfschraubengewinde wird der Verschraubungseinfluss in den unteren Zylinderrohrbereich verlagert. Zusätzlich können dadurch die Spannungen in den hochbeanspruchten Bereichen der Kurbelgehäusedeckfläche bis zu 50 % verringert werden. Durch die somit verbesserte Verteilung des Kraftflusses in die Struktur des Zylinderkurbelgehäuses werden eine höhere Vorpressung am Brennraumstopper der Zylinderkopfdichtung und eine gleichmäßigere Druckverteilung über den Umfang erzielt. Wie beim Vorgängermotor erfolgt der Honvorgang mit verschraubter Honbrille, um ein verzugsfreies Zylinderrohr bei montiertem Zylinderkopf zu erhalten. Durch diese Maßnahme können die Tangentialkräfte an den Kolbenringen bei gleichzeitig geringem Ölverbrauch weiter reduziert werden. Besondere Sorgfalt wurde auf die Auslegung des Kühlmittelkreislaufes gelegt. Konstruktionsvarianten wurden zunächst durch CFD-Berechnungen unter Anwendung von Optimierungsmethoden bewertet. Daraus wurde die aktuelle Konstruktion abgeleitet und über Strömungssimulationsberechnungen und –versuche bestätigt.
Die Auslegungskriterien waren:
- Gleichmäßige Kühlung des Kurbelgehäuses
- Querströmung im Zylinderkopf von der Auslass- zur Einlassseite
- Gute Durchströmung der Bohrungen zur Kühlung der Zylinderstege
- Gleichmäßige Verteilung des Volumenstroms auf die Zylinder
- Optimierung der Strömungsführung unter zusätzlicher Berücksichtigung der Anforderungen im Warmlauf
Zum Ausgleich der freien Massenkräfte zweiter Ordnung ist das Aggregat mit zwei Ausgleichswellen (AGW) ausgestattet, die nicht mehr in der Ölwanne, sondern im Zylinderkurbelgehäuse angeordnet sind. Der Antrieb erfolgt über schrägverzahnte Zahnräder. Durch den hohen Integrationsgrad und die konsequent auf Leichtbau ausgerichtete Konstruktion der einzelnen Komponenten konnte eine erhebliche Gewichtsreduzierung erzielt werden. Das vollständig wälzgelagerte Massenausgleichssystem stellt eine wesentliche Komponente zum Erreichen der CO2-Einsparziele dar. Besonders bei niedrigen Temperaturen und hohen Drehzahlen weisen die ölnebelgeschmierten Wälzlager eine erheblich geringere Schleppleistung auf. Auch die Start-Stopp Anforderungen werden damit sicher erfüllt.
Auch bei der konstruktiven Umsetzung der Duopumpe wurde der Modulgedanke verfolgt. Dieses wurde unter anderem durch die Zusammenlegung der Öl- und Vakuumpumpe erreicht. Beide sind in einem gemeinsamen Alu-Druckgussgehäuse unterhalb des Zylinderkurbelgehäuseflansches in der Ölwanne angeordnet. Der Antrieb erfolgt durch eine gemeinsame Welle über einen Zahnriementrieb direkt von der Kurbelwelle. Der Zahnriemen läuft direkt im Öl und ist ohne Riemenspanner ausgeführt. Die Vorspannung des Zahnriemens wird während der Montage durch den ausgelegten Achsabstand der Bauteile vorgegeben. Dies führt zu einem besonders reibungsoptimierten Antrieb der Duopumpe.
Ölpumpe
Die Ölversorgung wird durch eine volumenstromgeregelte Flügelzellenpumpe realisiert. Über ein Magnetventil kann zusätzlich lastabhängig in eine Nieder- bzw. Hochdruckstufe geschaltet werden. So wird ein Optimum zwischen Schmierbedarf und Verlustleistung im Motorbetrieb erzielt.
Vakuumpumpe
Durch die Anordnung der Vakuumpumpe ergaben sich neue konstruktive Anforderungen, die unter anderem ein niedriges Antriebsmoment beim Kaltstart voraussetzten. Durch ein Doppel-Reedventil wird ein ausreichend großer Querschnitt zum Ausschieben des Öls im Vakuumpumpenraum realisiert. So werden die Antriebsmomente auch bei niedrigen Temperaturen gering gehalten. Die Verbindung zur fahrzeugseitigen Vakuumleitung erfolgt über Bohrungen in der Vakuumpumpe und im Zylinderkurbelgehäuse.
Der neu entwickelte Zylinderkopf ist so gestaltet, dass durch geringfügige Anpassungen des Zylinderkopfes, unterschiedliche Hubraumvarianten realisiert werden können. Vom Vorgängermotor wurde der komplette Ventiltrieb übernehmen. (Also die Ein-/Auslassventile, die Ventilfedern, Ventilsitzringe, die Rollenschlepphebel.) Der Zylinderkopf im MDB Konzept hat eine Bauhöhe von 105 mm da die Ventilsteuerung separat auf dem Zylinderkopf angebaut wird, was dazu führt, dass dieser neue Zylinderkopf keine bearbeiteten Nockenwellenlagergassen mehr. Das Topdeck ist eine plane Ebene, welche sich fertigungsoptimiert mit einer Silikonraupe abdichten lässt. Das neue an diesem Zylinderkopf ist, dass die Ein –und Auslassventile hintereinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich eine gemischte Nockenwelle, die je einen Einlass– und ein Auslassventil steuert.
Eine weitere Neuerung des MDB-Konzepts ist das Thermomanagement wo der Zylinderkopf eine zentrale Rolle spielt. In den Zylinderkopf wird ein Mikrokühlkreislauf integriert. Der Auslass liegt in der Bodenplatte mit Verbindung zum Zylinderkurbelgehäuse, welches die Rückführung des Wassers übernimmt. Zur Erhöhung der Wärmeabfuhr im brennraumnahen Bereich wurde der Wassermantel in einen unteren und einen oberen Wassermantelkern aufgeteilt. Beide Kühlkanäle sind voneinander getrennt und werden erst am Austritt im Heizungsflansch zusammen geführt. Durch diese Kühlungsmassnahme konnte die Gleichverteilung der Kühlleistung zwischen den einzelnen Zylindern im Vergleich zum Vorgänger erheblich verbessert werden.
Der Ventiltrieb des neuen EA288 TDI MDB –Motors unterscheidet sich von seinem Vorgänger durch den Einsatz eines integrierten Ventiltriebsmoduls (iVM). Somit kann der Nockenwellenlagerrahmen vom Zylinderkopf getrennt werden um diesen auf zukünftige Emissionsanforderungen separat vorzubereiten. Zusätzlich wurde der Lagerrahmen reibungsoptimiert.
Gründe und Funktionsvorteile für den Einsatz des iVM:
-Reduzierung der Reibleistung der Nockenwelle durch den Einsatz eines Nadellagers. Ventiltrieb ist als eigenständiges Modul konstruiert mit entsprechenden Fertigungs- und
Kostenvorteilen.
-Interne Ölversorgung der Lagerstellen mit einer separaten in den Lagerrahmen
integrierten Ölgalerie.
-Zusätzliche Ölversorgung des Zylinderkopfs.
-Durch die Montage weiterer Anbauteile kann das iVM direkt mit dem Rumpfmotor verbunden werden. -Unabhängig vom gewählten Hubraum sind Zylinderkopf-Rohteil, Ventiltriebsmodul und Zylinderkopfhaube immer identisch. Lediglich die Größe der Bohrung und der Ventile ist unterschiedlich. Damit können Nachfragespitzen verschiedener Motorisierungen ohne Mehraufwand abgedeckt werden.
Eine Neuheit ist der saugrohrintegrierte Ladeluftkühler für Dieselmotoren. Bereits für den EA189 TDI EU5 wurden die Vorteile einer indirekten wassergekühlten Ladeluftkühlung genutzt. Als Weiterentwicklung wird der wassergekühlte Ladeluftkühler für den EA288 MDB-Motor, wie bei den 1,4 l TSI Motoren in das Saugrohr integriert. Ein separater Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf mit Luft-Wasser-Wärmetauscher ermöglicht in Verbindung mit einer drehzahlvariablen Wasserumwälzpumpe eine bedarfsgerechte Ladeluftkühlung.
Die Vorteile sind vielfältig:
- Durch die in Grenzen einstellbaren Saugrohrtemperaturen wird ein von der Ansauglufttemperatur und vom zurückgeführten Abgas unabhängiger Betrieb realisiert
- Die Ladeluftstrecke wird extrem kompakt.
- Das verringerte Ladeluftvolumen verbessert das Instationärverhalten des Motors deutlich
- Die Strömungsverluste werden reduziert
- Vereisung und Kondensation im Ladeluftkühler werden vermieden
- Es entstehen Package- und Kostenvorteile
- Synergien entstehen vor allem durch die Nutzung als leistungsfähiges Niederdruck-EGRKühlersystem
Der saugrohrintegrierte Ladeluftkühler der Firma Valeo ist komplett in Aluminium ausgeführt. Das Gehäuse übernimmt die tragende Funktion. Der Kühlkörper, der aus Kühlmittelplatten, Lamellen, Deck- /Boden- und Seitenplatten sowie Kühlmittelanschlüssen besteht ist komplett verlötet. Die Ein- und Austrittskästen werden anschließend mit dem Kühlkörper verschweißt. Das Kühlernetz besteht aus insgesamt 10 paarweise gelöteten Kühlplatten. Die Kühlmittelplatten werden im Gegenstromprinzip W-förmig durchströmt, um eine möglichst vollständige Nutzung des Kühlernetzes bei vertretbarem Druckverlust zu erzwingen. Durch eine spezielle Geometrie der Kühlmittelplatten wird der Kühlmittelstrom über die Breite des Flachrohres verteilt und gleichzeitig umgelenkt. Dies sorgt bei geringem Druckverlust für einen guten Wärmeübergang vom Aluminiumblech zum Kühlmittel. Gleichzeitig bietet das Design der Kühlplatten eine hohe Robustheit bezüglich der Druckwechselfestigkeit. Luftseitig wurden Lamellendicke und Lamellenabstand dahingehend optimiert, das die Querschnittfläche der Lamelle die maximal anfallende Wärmemenge zu den Kühlmittelplatten leiten kann und gleichzeitig der Druckverlust minimal bleibt. Luftseitig sorgen kleine ausgestanzte Öffnungen, die wechselseitig wie Kiemen angeordnet sind, für einen guten Wärmeübergang und ermöglichen zudem auch eine Strömung in Querrichtung. Ein besonderes Augenmerk wurde auch auf eine optimale Anströmung in Querrichtung.
Die Abgasseite des MDB-Motors besteht aus dem Abgaskrümmermodul, der Abgasnachbehandlung und der Niederdruckabgasrückführung (ND-EGR).
Abgaskrümmermodul:
Der Bauteilumfang des Abgaskrümmermoduls besteht aus dem Abgaskrümmer, dem Abgasturbolader (ATL) der ND-EGR-Einleitung. Zu Einsatz kommt ein ATL mit pneumatisch betätigter VTG und Positionssensor der Firma Bosch Mahle Turbo Systems.
Man kann die Emissionsstufen EU4 bis EU6 im Modulbaukasten darstellen in dem man nur das Verdichtergehäuse modifiziert.
Abgasreinigung:
Die Abgasnachbehandlung besteht je nach Emissionsstandards aus:
-Oxidationskatalysator
-Dieselpartikelfilter
-NOx-Speicherkat bzw. selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR)
Diese Abgasnachbehandlungsbausteine können singulär oder als Kombination zum Einsatz kommen.
Abgasrückführung:
Je nach Emissionsanforderungen kommen 3 verschiedene Arten der Abgasrückführung
(AGR) zum Einsatz:
-Gekühlte Hochdruck-AGR ohne Niederdruck-AGR
-Gekühlte Niederdruck-AGR ohne Hochdruck-AGR
-Gekühlte Niederdruck-AGR und ungekühlte Hochdruck-AGR
Die Motornahe Positionierung der Abgasreinigung gewährleistet ein schnelles Anspringen des Oxidationskatalysators und ein rasches Aufheizen des Dieselpartikelfilters mit nur einem geringen Einsatz von sekundären Heizmaßnahmen für die Regeneration. Der modulare Aufbau der abgasführenden Seite ermöglicht die Darstellung aller Emissionsstufen.
Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen im Motor umweltschädliche Stickoxide. Je höher die Verbrennungstemperatur im Zylinder ist und je länger der Zeitraum oberhalb 2300 K Verbrennungstemperatur, desto höher ist auch der Anteil von Stickoxiden im Abgas.
Die Abgasrückführung (AGR) wird zur Minderung von Stickoxiden (NOx) verwendet.
Die EU-6 Abgasnorm fordert bei Dieselmotoren eine weitere Senkung der NOx-Anteile im Abgas von 180 auf 80 mg/km. Alleine mit Maßnahmen der Abgasnachbehandlung (selektive katalytische Reduktion, NOx-Speicherkatalysator) sind die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte nicht
einhaltbar. Somit ist die Abgasrückführung bei Dieselmotoren eine der wichtigsten Maßnahmen zur Senkung der Stickoxidemissionen. Durch Zuführen eines inerten Gases wird die Entstehung von Stickoxiden gesenkt. Ein solches inertes Gas ist beispielsweise Abgas, von dem ein kleiner Teil zurück in den Brennraum geleitet wird. Die schnelle Oxidation von Kraftstoffmolekülen wird durch das Vorhandensein von Abgasmolekülen behindert. Die Temperaturspitzen und die NOx-Emissionen werden somit abgesenkt. Die Regelung der Rückführung übernimmt dabei ein Abgasrückführventil.
HD-AGR:
Die rückgeführten Abgase der HD (Hochdruck)-AGR haben eine hohe Temperatur. Durch die Zumischung des inerten Abgases zur Frischluft im Saugrohr kommt es zur Verringerung der Luftmasse. Dies hat zur Folge, dass die Füllung abnimmt, der Motor mit geringerem Luftverhältnis arbeitet und zudem die mittlere Temperatur der Frischladung zunimmt. Die HD-AGR wird aufgrund der dynamischen und Kaltstart-Aspekten eingesetzt. Euro-3-Konzepte verfügten noch über eine nicht gekühlte AGR. Fahrzeuge ab Euro 4 besitzen meist eine gekühlte AGR-Strecke.
ND-AGR:
Hier ist eine ND(Niederdruck)-AGR-führende Strecke, die nach dem Dieselpartikelfilter (DPF) und vor dem Verdichter dargestellt. Da das zur Rückführung entnommene Abgas weiter hinten im Abgasstrang entnommen wird, ist es kühlere und vor allem partikelarmer. Hierdurch lassen sich zwei Nachteile der HD-AGR beseitigen. Zum einen wird die Ansaugluft nicht durch sehr warmes Abgas erwärmt und die Füllung vermindert, zum anderen wird der Abgasmassenstrom vor Turbine des Abgasturboladers (ATL) nicht reduziert, was eine Beibehaltung der hohen Abgasenthalpie ermöglicht, so dass der ATL besser anspricht. Nachteilig wirkt sich bei der ND-AGR aus, dass der Verdichter durch Kondensat, das aufgrund von Taupunktsunterschreitung des Abgases entsteht, stark beschädigt werden kann. Um dies zu verhindern, muss gesichert sein, dass das Wasser des Abgases nicht vor dem Verdichter kondensiert, sondern deutlich zuvor und abgeschieden wird. Euro-6-Motorkonzepte können eine gekühlte ND-AGR-Strecke und aufgrund von dynamischen und Kaltstart-Aspekten eine ungekühlte HD-AGR-Strecke haben.
Abgasreinigung:
Wie bereits erwähnt kann die Abgasnachbehandlung je nach Emissionsstandards bestehen aus:
-Oxidationskatalysator
-Dieselpartikelfilter
-NOx-Speicherkat bzw. selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR)
Diese Abgasnachbehandlungsbausteine können singulär oder als Kombination zum Einsatz kommen.
Oxidationskatalysator und NOx_-Speicher:
Oxidationskatalysator arbeitet genauso wie ein Dreiwegekatalysator nur als washcoat, sprich die innere Beschichtung ist ausschließlich metallartig. Also Platin oder Paladium. Weil der Wirkungsgrad einfach besser, also ausreichend ist. (Alternativ : Keramik) Nach dem Oxikat kann ein Nox-Speicher folgen. Dem Katalysator wird eine Nox-Speicherkomponente wie Barium zugeführt. Der Nox-Speicher kann nur im Temperaturbereich von 250 bis 500 °C arbeiten, das wäre der Grund dieser konstruktiven Maßnahmen.
SCR:
Ein weiteres Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden ist die Selektive katalytische Reduktion. Hierbei wird kontinuierlich eine wässrige Harnstofflösung (Handelsname: AdBlue) in den Abgasstrom eingespritzt, aus welcher durch Hydrolyse Wasser und Ammoniak entsteht. Das so entstandene Ammoniak reduziert die Stickoxide im Abgas zu normalem Stickstoff (N2). Das SCR-Verfahren wird inzwischen in zahlreichen Nutzfahrzeugen eingesetzt, um die Abgasnormen EU5 und EU6 zu erfüllen.
Das Thermomanagement des EA288 TDI MDB hat 3 Kühlkreisläufe, die voneinander getrennt betrieben werden können.
Mikrokreislauf
Der Mikrokreislauf besteht aus dem Zylinderkopf, dem AGR-Kühler, dem Heizungswärmetauscher und einer elektrischen Kühlmittelpumpe.
Hauptwasserkreislauf
Der Hauptwasserkreislauf beinhaltet das Kurbelgehäuse, Motor -und Getriebeölkühler, Frontkühler und eine schaltbare Kühlmittelpumpe.
Niedertemperaturkreislauf
Der Niedertemperaturkreislauf besteht aus dem in das Saugrohr integrierten Ladeluftkühler, einem Frontkühler und einer elektrischen Kühlmittelpumpe.
Die schaltbare Kühlmittelpumpe des Mikro- und Hauptwasserkreislaufs kann das Kühlmittel im Kurbelgehäuse zum Stillstand bringen und somit die Wärmetauscher für die Motor- und Getriebekühlung abschalten. Nach Kaltstart wird zunächst nur der Mikrokreislauf betrieben. Die Förderleistung der elktrischen Wasserpumpe wird anhand der Anforderungen aus der Fahrgastraumklimatisierung, der AGR-Kühlung und der Zylinderkopfkühlung gebildet. Bei steigendem Kühlbedarf wird zusätzlich die schaltbare Wasserpumpe zugeschaltet. Der Niedertemperaturkreislauf ist für die indirekte Ladeluftkühlung (Luft/Wasser) zuständig. Der Hoch- und Niedertemperaturkreislauf werden unabhängig voneinander betrieben. Das Ziel des Thermomanagement ist es, nach dem Kaltstart die Warmlaufphase zu verkürzen, die emissionsreduzierende Bestandteile auf Temperatur bringen und eine optimierte Klimatisierung des Fahrgastraumes.
LG, Walter
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9 Antworten
interessantes thema. allerdings kenne ich mich mit diesen maschinen nicht aus. ich werde hier aber als interessierter mitlesen.
aber eines finde ich gilt herstellerübergreifend: dieser ganze co2-wahn und der daraus resultierende downsizingwahn geht auf kosten der langlebigkeit. so viele kapitale motorschaden hat es früher nicht gegeben.
beste grüße
olli
Ja, Ähnliches hatte ich mir auch schonmal gedacht. Wobei ich, allein was das Motorgeräusch angeht, von der Laufruhe der neuen Motoren begeistert bin und, wie ich finde, gab es dort eine merkbare Verbesserung im Gegensatz zu den "alten", vor allem zu den ersten 1.6ern
VG
pnamehr
Und den 1,5 Diesel aus Golf 1 , da waren ewig die Zylinderkopfdichtungen defekt. Konnte ich im Schlaf machen
Keiner, der weiter weiß?
Der EA288 unterscheidet sich vom EA189 wie folgt: (Quelle VW und eigene Recherche)
Der modulare Aufbau des neuen EA288 TDI-Motors umfasst die motornahe Abgasreinigung, einen neuentwickelten Zylinderkopf mit integriertem Ventiltriebsmodul, eine kombinierte Öl– und Vakuumpumpe und den in das Saugrohr integrierten Ladeluftkühler.
Das Zylinderkurbelgehäuse ist, wie bei den TDI Vorgängeraggregaten aus Grauguss GJL250 hergestellt und in der bewährten long-skirt Bauweise ausgeführt. Das Entwicklungsziel war ein gewichtsreduziertes Kurbelgehäuse zu entwickeln und gleichzeitig weitere Bauteile zu integrieren.
Diese Ziele wurden durch die konstruktive Ausführung folgender technischer Merkmale erreicht:
- Integrierte Ausgleichswellen oberhalb der Kurbelwelle
- Kurzer Wassermantel zur schnellen Bauteilerwärmung
- Kühlung der Stege zwischen den Zylindern
- Integration von Thermomanagement-Maßnahmen bei der Öl- und Wasserführung
- Anordnung des Gewindes für die Zylinderkopfschrauben unterhalb des Wassermantels
- Optimierung der Roh- und Reinölführung zur Minimierung der Strömungsverluste
- Verlängerung der Ölrücklauf- und „Blow-by“-Kanäle bis zur Trennebene der Ölwanne
Durch die tiefer angeordneten Zylinderkopfschraubengewinde wird der Verschraubungseinfluss in den unteren Zylinderrohrbereich verlagert. Zusätzlich können dadurch die Spannungen in den hochbeanspruchten Bereichen der Kurbelgehäusedeckfläche bis zu 50 % verringert werden. Durch die somit verbesserte Verteilung des Kraftflusses in die Struktur des Zylinderkurbelgehäuses werden eine höhere Vorpressung am Brennraumstopper der Zylinderkopfdichtung und eine gleichmäßigere Druckverteilung über den Umfang erzielt. Wie beim Vorgängermotor erfolgt der Honvorgang mit verschraubter Honbrille, um ein verzugsfreies Zylinderrohr bei montiertem Zylinderkopf zu erhalten. Durch diese Maßnahme können die Tangentialkräfte an den Kolbenringen bei gleichzeitig geringem Ölverbrauch weiter reduziert werden. Besondere Sorgfalt wurde auf die Auslegung des Kühlmittelkreislaufes gelegt. Konstruktionsvarianten wurden zunächst durch CFD-Berechnungen unter Anwendung von Optimierungsmethoden bewertet. Daraus wurde die aktuelle Konstruktion abgeleitet und über Strömungssimulationsberechnungen und –versuche bestätigt.
Die Auslegungskriterien waren:
- Gleichmäßige Kühlung des Kurbelgehäuses
- Querströmung im Zylinderkopf von der Auslass- zur Einlassseite
- Gute Durchströmung der Bohrungen zur Kühlung der Zylinderstege
- Gleichmäßige Verteilung des Volumenstroms auf die Zylinder
- Optimierung der Strömungsführung unter zusätzlicher Berücksichtigung der Anforderungen im Warmlauf
Zum Ausgleich der freien Massenkräfte zweiter Ordnung ist das Aggregat mit zwei Ausgleichswellen (AGW) ausgestattet, die nicht mehr in der Ölwanne, sondern im Zylinderkurbelgehäuse angeordnet sind. Der Antrieb erfolgt über schrägverzahnte Zahnräder. Durch den hohen Integrationsgrad und die konsequent auf Leichtbau ausgerichtete Konstruktion der einzelnen Komponenten konnte eine erhebliche Gewichtsreduzierung erzielt werden. Das vollständig wälzgelagerte Massenausgleichssystem stellt eine wesentliche Komponente zum Erreichen der CO2-Einsparziele dar. Besonders bei niedrigen Temperaturen und hohen Drehzahlen weisen die ölnebelgeschmierten Wälzlager eine erheblich geringere Schleppleistung auf. Auch die Start-Stopp Anforderungen werden damit sicher erfüllt.
Auch bei der konstruktiven Umsetzung der Duopumpe wurde der Modulgedanke verfolgt. Dieses wurde unter anderem durch die Zusammenlegung der Öl- und Vakuumpumpe erreicht. Beide sind in einem gemeinsamen Alu-Druckgussgehäuse unterhalb des Zylinderkurbelgehäuseflansches in der Ölwanne angeordnet. Der Antrieb erfolgt durch eine gemeinsame Welle über einen Zahnriementrieb direkt von der Kurbelwelle. Der Zahnriemen läuft direkt im Öl und ist ohne Riemenspanner ausgeführt. Die Vorspannung des Zahnriemens wird während der Montage durch den ausgelegten Achsabstand der Bauteile vorgegeben. Dies führt zu einem besonders reibungsoptimierten Antrieb der Duopumpe.
Ölpumpe
Die Ölversorgung wird durch eine volumenstromgeregelte Flügelzellenpumpe realisiert. Über ein Magnetventil kann zusätzlich lastabhängig in eine Nieder- bzw. Hochdruckstufe geschaltet werden. So wird ein Optimum zwischen Schmierbedarf und Verlustleistung im Motorbetrieb erzielt.
Vakuumpumpe
Durch die Anordnung der Vakuumpumpe ergaben sich neue konstruktive Anforderungen, die unter anderem ein niedriges Antriebsmoment beim Kaltstart voraussetzten. Durch ein Doppel-Reedventil wird ein ausreichend großer Querschnitt zum Ausschieben des Öls im Vakuumpumpenraum realisiert. So werden die Antriebsmomente auch bei niedrigen Temperaturen gering gehalten. Die Verbindung zur fahrzeugseitigen Vakuumleitung erfolgt über Bohrungen in der Vakuumpumpe und im Zylinderkurbelgehäuse.
Der neu entwickelte Zylinderkopf ist so gestaltet, dass durch geringfügige Anpassungen des Zylinderkopfes, unterschiedliche Hubraumvarianten realisiert werden können. Vom Vorgängermotor wurde der komplette Ventiltrieb übernehmen. (Also die Ein-/Auslassventile, die Ventilfedern, Ventilsitzringe, die Rollenschlepphebel.) Der Zylinderkopf im MDB Konzept hat eine Bauhöhe von 105 mm da die Ventilsteuerung separat auf dem Zylinderkopf angebaut wird, was dazu führt, dass dieser neue Zylinderkopf keine bearbeiteten Nockenwellenlagergassen mehr. Das Topdeck ist eine plane Ebene, welche sich fertigungsoptimiert mit einer Silikonraupe abdichten lässt. Das neue an diesem Zylinderkopf ist, dass die Ein –und Auslassventile hintereinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung ergibt sich eine gemischte Nockenwelle, die je einen Einlass– und ein Auslassventil steuert.
Eine weitere Neuerung des MDB-Konzepts ist das Thermomanagement wo der Zylinderkopf eine zentrale Rolle spielt. In den Zylinderkopf wird ein Mikrokühlkreislauf integriert. Der Auslass liegt in der Bodenplatte mit Verbindung zum Zylinderkurbelgehäuse, welches die Rückführung des Wassers übernimmt. Zur Erhöhung der Wärmeabfuhr im brennraumnahen Bereich wurde der Wassermantel in einen unteren und einen oberen Wassermantelkern aufgeteilt. Beide Kühlkanäle sind voneinander getrennt und werden erst am Austritt im Heizungsflansch zusammen geführt. Durch diese Kühlungsmassnahme konnte die Gleichverteilung der Kühlleistung zwischen den einzelnen Zylindern im Vergleich zum Vorgänger erheblich verbessert werden.
Der Ventiltrieb des neuen EA288 TDI MDB –Motors unterscheidet sich von seinem Vorgänger durch den Einsatz eines integrierten Ventiltriebsmoduls (iVM). Somit kann der Nockenwellenlagerrahmen vom Zylinderkopf getrennt werden um diesen auf zukünftige Emissionsanforderungen separat vorzubereiten. Zusätzlich wurde der Lagerrahmen reibungsoptimiert.
Gründe und Funktionsvorteile für den Einsatz des iVM:
-Reduzierung der Reibleistung der Nockenwelle durch den Einsatz eines Nadellagers. Ventiltrieb ist als eigenständiges Modul konstruiert mit entsprechenden Fertigungs- und
Kostenvorteilen.
-Interne Ölversorgung der Lagerstellen mit einer separaten in den Lagerrahmen
integrierten Ölgalerie.
-Zusätzliche Ölversorgung des Zylinderkopfs.
-Durch die Montage weiterer Anbauteile kann das iVM direkt mit dem Rumpfmotor verbunden werden. -Unabhängig vom gewählten Hubraum sind Zylinderkopf-Rohteil, Ventiltriebsmodul und Zylinderkopfhaube immer identisch. Lediglich die Größe der Bohrung und der Ventile ist unterschiedlich. Damit können Nachfragespitzen verschiedener Motorisierungen ohne Mehraufwand abgedeckt werden.
Eine Neuheit ist der saugrohrintegrierte Ladeluftkühler für Dieselmotoren. Bereits für den EA189 TDI EU5 wurden die Vorteile einer indirekten wassergekühlten Ladeluftkühlung genutzt. Als Weiterentwicklung wird der wassergekühlte Ladeluftkühler für den EA288 MDB-Motor, wie bei den 1,4 l TSI Motoren in das Saugrohr integriert. Ein separater Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf mit Luft-Wasser-Wärmetauscher ermöglicht in Verbindung mit einer drehzahlvariablen Wasserumwälzpumpe eine bedarfsgerechte Ladeluftkühlung.
Die Vorteile sind vielfältig:
- Durch die in Grenzen einstellbaren Saugrohrtemperaturen wird ein von der Ansauglufttemperatur und vom zurückgeführten Abgas unabhängiger Betrieb realisiert
- Die Ladeluftstrecke wird extrem kompakt.
- Das verringerte Ladeluftvolumen verbessert das Instationärverhalten des Motors deutlich
- Die Strömungsverluste werden reduziert
- Vereisung und Kondensation im Ladeluftkühler werden vermieden
- Es entstehen Package- und Kostenvorteile
- Synergien entstehen vor allem durch die Nutzung als leistungsfähiges Niederdruck-EGRKühlersystem
Der saugrohrintegrierte Ladeluftkühler der Firma Valeo ist komplett in Aluminium ausgeführt. Das Gehäuse übernimmt die tragende Funktion. Der Kühlkörper, der aus Kühlmittelplatten, Lamellen, Deck- /Boden- und Seitenplatten sowie Kühlmittelanschlüssen besteht ist komplett verlötet. Die Ein- und Austrittskästen werden anschließend mit dem Kühlkörper verschweißt. Das Kühlernetz besteht aus insgesamt 10 paarweise gelöteten Kühlplatten. Die Kühlmittelplatten werden im Gegenstromprinzip W-förmig durchströmt, um eine möglichst vollständige Nutzung des Kühlernetzes bei vertretbarem Druckverlust zu erzwingen. Durch eine spezielle Geometrie der Kühlmittelplatten wird der Kühlmittelstrom über die Breite des Flachrohres verteilt und gleichzeitig umgelenkt. Dies sorgt bei geringem Druckverlust für einen guten Wärmeübergang vom Aluminiumblech zum Kühlmittel. Gleichzeitig bietet das Design der Kühlplatten eine hohe Robustheit bezüglich der Druckwechselfestigkeit. Luftseitig wurden Lamellendicke und Lamellenabstand dahingehend optimiert, das die Querschnittfläche der Lamelle die maximal anfallende Wärmemenge zu den Kühlmittelplatten leiten kann und gleichzeitig der Druckverlust minimal bleibt. Luftseitig sorgen kleine ausgestanzte Öffnungen, die wechselseitig wie Kiemen angeordnet sind, für einen guten Wärmeübergang und ermöglichen zudem auch eine Strömung in Querrichtung. Ein besonderes Augenmerk wurde auch auf eine optimale Anströmung in Querrichtung.
Die Abgasseite des MDB-Motors besteht aus dem Abgaskrümmermodul, der Abgasnachbehandlung und der Niederdruckabgasrückführung (ND-EGR).
Abgaskrümmermodul:
Der Bauteilumfang des Abgaskrümmermoduls besteht aus dem Abgaskrümmer, dem Abgasturbolader (ATL) der ND-EGR-Einleitung. Zu Einsatz kommt ein ATL mit pneumatisch betätigter VTG und Positionssensor der Firma Bosch Mahle Turbo Systems.
Man kann die Emissionsstufen EU4 bis EU6 im Modulbaukasten darstellen in dem man nur das Verdichtergehäuse modifiziert.
Abgasreinigung:
Die Abgasnachbehandlung besteht je nach Emissionsstandards aus:
-Oxidationskatalysator
-Dieselpartikelfilter
-NOx-Speicherkat bzw. selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR)
Diese Abgasnachbehandlungsbausteine können singulär oder als Kombination zum Einsatz kommen.
Abgasrückführung:
Je nach Emissionsanforderungen kommen 3 verschiedene Arten der Abgasrückführung
(AGR) zum Einsatz:
-Gekühlte Hochdruck-AGR ohne Niederdruck-AGR
-Gekühlte Niederdruck-AGR ohne Hochdruck-AGR
-Gekühlte Niederdruck-AGR und ungekühlte Hochdruck-AGR
Die Motornahe Positionierung der Abgasreinigung gewährleistet ein schnelles Anspringen des Oxidationskatalysators und ein rasches Aufheizen des Dieselpartikelfilters mit nur einem geringen Einsatz von sekundären Heizmaßnahmen für die Regeneration. Der modulare Aufbau der abgasführenden Seite ermöglicht die Darstellung aller Emissionsstufen.
Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen im Motor umweltschädliche Stickoxide. Je höher die Verbrennungstemperatur im Zylinder ist und je länger der Zeitraum oberhalb 2300 K Verbrennungstemperatur, desto höher ist auch der Anteil von Stickoxiden im Abgas.
Die Abgasrückführung (AGR) wird zur Minderung von Stickoxiden (NOx) verwendet.
Die EU-6 Abgasnorm fordert bei Dieselmotoren eine weitere Senkung der NOx-Anteile im Abgas von 180 auf 80 mg/km. Alleine mit Maßnahmen der Abgasnachbehandlung (selektive katalytische Reduktion, NOx-Speicherkatalysator) sind die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte nicht
einhaltbar. Somit ist die Abgasrückführung bei Dieselmotoren eine der wichtigsten Maßnahmen zur Senkung der Stickoxidemissionen. Durch Zuführen eines inerten Gases wird die Entstehung von Stickoxiden gesenkt. Ein solches inertes Gas ist beispielsweise Abgas, von dem ein kleiner Teil zurück in den Brennraum geleitet wird. Die schnelle Oxidation von Kraftstoffmolekülen wird durch das Vorhandensein von Abgasmolekülen behindert. Die Temperaturspitzen und die NOx-Emissionen werden somit abgesenkt. Die Regelung der Rückführung übernimmt dabei ein Abgasrückführventil.
HD-AGR:
Die rückgeführten Abgase der HD (Hochdruck)-AGR haben eine hohe Temperatur. Durch die Zumischung des inerten Abgases zur Frischluft im Saugrohr kommt es zur Verringerung der Luftmasse. Dies hat zur Folge, dass die Füllung abnimmt, der Motor mit geringerem Luftverhältnis arbeitet und zudem die mittlere Temperatur der Frischladung zunimmt. Die HD-AGR wird aufgrund der dynamischen und Kaltstart-Aspekten eingesetzt. Euro-3-Konzepte verfügten noch über eine nicht gekühlte AGR. Fahrzeuge ab Euro 4 besitzen meist eine gekühlte AGR-Strecke.
ND-AGR:
Hier ist eine ND(Niederdruck)-AGR-führende Strecke, die nach dem Dieselpartikelfilter (DPF) und vor dem Verdichter dargestellt. Da das zur Rückführung entnommene Abgas weiter hinten im Abgasstrang entnommen wird, ist es kühlere und vor allem partikelarmer. Hierdurch lassen sich zwei Nachteile der HD-AGR beseitigen. Zum einen wird die Ansaugluft nicht durch sehr warmes Abgas erwärmt und die Füllung vermindert, zum anderen wird der Abgasmassenstrom vor Turbine des Abgasturboladers (ATL) nicht reduziert, was eine Beibehaltung der hohen Abgasenthalpie ermöglicht, so dass der ATL besser anspricht. Nachteilig wirkt sich bei der ND-AGR aus, dass der Verdichter durch Kondensat, das aufgrund von Taupunktsunterschreitung des Abgases entsteht, stark beschädigt werden kann. Um dies zu verhindern, muss gesichert sein, dass das Wasser des Abgases nicht vor dem Verdichter kondensiert, sondern deutlich zuvor und abgeschieden wird. Euro-6-Motorkonzepte können eine gekühlte ND-AGR-Strecke und aufgrund von dynamischen und Kaltstart-Aspekten eine ungekühlte HD-AGR-Strecke haben.
Abgasreinigung:
Wie bereits erwähnt kann die Abgasnachbehandlung je nach Emissionsstandards bestehen aus:
-Oxidationskatalysator
-Dieselpartikelfilter
-NOx-Speicherkat bzw. selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR)
Diese Abgasnachbehandlungsbausteine können singulär oder als Kombination zum Einsatz kommen.
Oxidationskatalysator und NOx_-Speicher:
Oxidationskatalysator arbeitet genauso wie ein Dreiwegekatalysator nur als washcoat, sprich die innere Beschichtung ist ausschließlich metallartig. Also Platin oder Paladium. Weil der Wirkungsgrad einfach besser, also ausreichend ist. (Alternativ : Keramik) Nach dem Oxikat kann ein Nox-Speicher folgen. Dem Katalysator wird eine Nox-Speicherkomponente wie Barium zugeführt. Der Nox-Speicher kann nur im Temperaturbereich von 250 bis 500 °C arbeiten, das wäre der Grund dieser konstruktiven Maßnahmen.
SCR:
Ein weiteres Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden ist die Selektive katalytische Reduktion. Hierbei wird kontinuierlich eine wässrige Harnstofflösung (Handelsname: AdBlue) in den Abgasstrom eingespritzt, aus welcher durch Hydrolyse Wasser und Ammoniak entsteht. Das so entstandene Ammoniak reduziert die Stickoxide im Abgas zu normalem Stickstoff (N2). Das SCR-Verfahren wird inzwischen in zahlreichen Nutzfahrzeugen eingesetzt, um die Abgasnormen EU5 und EU6 zu erfüllen.
Das Thermomanagement des EA288 TDI MDB hat 3 Kühlkreisläufe, die voneinander getrennt betrieben werden können.
Mikrokreislauf
Der Mikrokreislauf besteht aus dem Zylinderkopf, dem AGR-Kühler, dem Heizungswärmetauscher und einer elektrischen Kühlmittelpumpe.
Hauptwasserkreislauf
Der Hauptwasserkreislauf beinhaltet das Kurbelgehäuse, Motor -und Getriebeölkühler, Frontkühler und eine schaltbare Kühlmittelpumpe.
Niedertemperaturkreislauf
Der Niedertemperaturkreislauf besteht aus dem in das Saugrohr integrierten Ladeluftkühler, einem Frontkühler und einer elektrischen Kühlmittelpumpe.
Die schaltbare Kühlmittelpumpe des Mikro- und Hauptwasserkreislaufs kann das Kühlmittel im Kurbelgehäuse zum Stillstand bringen und somit die Wärmetauscher für die Motor- und Getriebekühlung abschalten. Nach Kaltstart wird zunächst nur der Mikrokreislauf betrieben. Die Förderleistung der elktrischen Wasserpumpe wird anhand der Anforderungen aus der Fahrgastraumklimatisierung, der AGR-Kühlung und der Zylinderkopfkühlung gebildet. Bei steigendem Kühlbedarf wird zusätzlich die schaltbare Wasserpumpe zugeschaltet. Der Niedertemperaturkreislauf ist für die indirekte Ladeluftkühlung (Luft/Wasser) zuständig. Der Hoch- und Niedertemperaturkreislauf werden unabhängig voneinander betrieben. Das Ziel des Thermomanagement ist es, nach dem Kaltstart die Warmlaufphase zu verkürzen, die emissionsreduzierende Bestandteile auf Temperatur bringen und eine optimierte Klimatisierung des Fahrgastraumes.
LG, Walter
Hallo Walter,
wow, vielen Dank für die sehr gute und ausführliche Antwort!
Jetzt, wo ich mal die Gelegenheit habe mit einem Experten zu reden, hätte ich noch zwei kurze Fragen.
Zum Einen: Wodurch wird die zusätzliche Leistung bei der 110 PS-Version erzieht? (Größerer Turbo oder nur veränderte Software?) Und außerdem: Wie schätzen sie die Zuverlässigkeit des Motors und deren Entwicklung ein?
LG Paul
Les dir mal das passende Selbststudienprogramm durch. Findest du, wenn du Schnipsel aus seinem Post bei Google eingibst. :D
Angeblich sind Motoren des Typs EA288 auch von unerlaubten Abschalteinrichtungen betroffen. Quelle: Wikipedia
Wurden da in Europa auch welche ausgeliefert, eventuell schon ab Werk mit Software Update?
Ok Danke für die Info.
D.H was war dafür notwendig um die Abgastests doch erfüllen zu können?
Sind die Abgasrelevanten Bauteile des EA 288 ausgelegt auf die Motorsoftware?
Beim EA189 waren die Bauteile nicht ausgelegt auf das Softwareupdate.