schwarzer Rauch / Luftmasse berechnen

[sailing-away]

Hallo Forum!

Ich suche hier die fachkundige Meinung von jemanden, der die Diesel-Motortechnik auch von der Theorie her ganz gut versteht. Für Nicht-Theoretiker wird das jetzt wahrscheinlich zu langweilig 😉

Hier mein Problem und meine Gedanken dazu:

Mein Diesel (C 220 CDI Bj 2003) raucht schwarz. Besonders beim Anfahren mit einer dicken schwarzen Wolke, aber auch im Teillastbereich und im Volllastbereich, mit einer durchgehend und bei Tageslicht deutlich sichtbaren schwarzen Rauchfahne, die bereits dann entsteht, sobald ich mehr "Gas" gebe, als für das Halten der Geschwindigkeit notwendig ist.

Ein weiteres Problem ist, es fehlt ganz erheblich Leistung. Es fehlen 2 Sekunden bei einer Beschleunigung von 0-100 km/h (11 statt 9 Sekunden), es fehlen ca. 20 km/h bei der Endgeschwindigkeit (205 statt 223 km/h)

Bevor ich das sinnlose Tauschen von Bauteilen fortsetze und dafür immer mehr Geld ausgebe, möchte ich dem Rauch und dem Leistungsverlust mal theoretisch auf den Grund gehen.

Das AGR-Ventil ist gründlich gereinigt und die Druckdose und das Ventil funktionieren ordnungsgemäß. Die Ansaugbrücke ist neu, der Stellmotor funktioniert, alle 4 Drallklappen sind beweglich. Die Glühkerzen sind neu. Die Luftleitung zwischen Turbolader und Ansaugbrücke ist auf Dichtigkeit geprüft und ok. Die Injektoren habe ich messen lassen, alles im grünen Bereich. Der Luftmassenmesser ist neu.

Ich habe einen ODB II Bluetooth-Adapter am Diagnose-Stecker und kann diverse Motordaten mit der App "Torque Pro" wiedergeben. An der Ansaugbrücke habe ich einen Nippel installiert, an dem ich über einen mechanischen Druckmesser den Druck ablesen kann. Abgesehen von der unterschiedlichen Trägheit der Messsysteme, stimmen der mechanische Druckmesser und der Drucksensor vom Fahrzeug überein. Maximaldruck kurz vor Erreichen der Maximaldrehzahl beträgt 1,3 bar Überdruck, also insgesamt 2,3 bar.

Jetzt zur Theorie, soweit ich das richtig verstanden habe:
wenn ein Dieselmotor raucht, dann hat das meistens mit relativem Luftmangel zu tun, d.h. es wird entweder zu viel Diesel eingespritzt, oder es fehlt Luft. Zu viel Diesel, stelle ich mal hinten an, dann hätte ich vermutlich keinen Leistungsverlust.

Zu wenig Luft könnte bedeuten, der Luftmassenmesser misst falsch, oder die Luft entweicht nach der Luftmassenmessung auf dem Weg zur Ansaugbrücke. Beides kann ich aber weitestgehend ausschließen, wie der LMM wie bereits beschrieben neu ist und die Luftleitung keinen messbaren Druckverlust zum Sollwert hat.

Um überhaupt mal zu erfahren, wie viel Luft der Motor bekommen soll, habe ich mal ausgerechnet, wie viel Luft maximal in den Motor gedrückt werden kann. Dieser Wert ist von diesen Faktoren abhängig: Hubraum, Motordrehzahl, Luftruck der zugeführten Luft, Luftdichte.

Ein 4-Takt-Motor hat 1 Saug-Zyklus pro 2 Umdrehungen. Bei 4 Zylindern und 2,148 Liter Hubraum bedeutet das auf 1 Umdrehung umgerechnet: 1,074 Liter / Umdrehung. Daraus ergibt sich die Formel:
Luftmasse(max) = Drehzahl(max) x Hubraum/2 x Luftdichte
Drehzahl in 1/Sek = 4200 U/min / 60 Sek. = 70 U/Sek.
Hubraum in Liter = 2,148
Luftmenge / Umdrehung = 1,074 Liter
Luftdruck + Turbodruck = 1 bar + 1,3 bar = 2,3 bar
Luftdichte = 1145 g pro 1000 Liter = 1,145 g/Liter (bei 35 °C)

daraus ergibt sich:
Luftmasse(max) = 70 U/Sek. x 1,074 Liter x 2,3 bar x 1,145 g/Liter = 198 g/Sekunde

198 g/Sek ist also die theoretisch maximale Luftmasse, die bei Höchstdrehzahl und maximalem Turbodruck durch die Luftleitung in den Motor gepresst wird. In der Praxis geht bei mir der Turbodruck bereits vor dem Erreichen der Maximaldrehzahl auf etwa 2,0 bar zurück (1 bar Luftdruck + 1 bar Turbodruck), woraus sich folgender Wert ergibt:
Luftmasse = 70 U/Sek. x 1,074 Liter x 2 bar x 1,145 g/Liter = 172,2 g/Sekunde

Frage 1 ) Gibt es bis hierher Gedankenfehler meinerseits, oder weitere wesentlichen Einflüsse, die Luftmasse zu berechnen?

Über den Diagnosestecker bekomme ich vom Luftmassenmesser einen Wert von 145 g/Sek angezeigt, kurz vorm Erreichen der Höchstdrehzahl von 4200 U/Min. Bei diesem Wert müsste die Motorsteuerung doch eigentlich weniger Diesel einspritzen als bei den errechneten 172 g/Sek. Trotz dieses relativen Luftmangels bildet sich schwarzer Rauch.

Frage 2) Welche Ursache für die Bildung von schwarzem Rauch habe ich nicht berücksichtigt?

Frage 3) Wie kann es kommen, dass ich bei 2000 U/min (gleichbleibende Geschwindigkeit) und 1 bar Druck in der Luftleitung einen Wert von 41 g/Sek. errechne, aber einen Wert von 22 g/Sek. messe?

Frage 4) Warum hat ein Motor überhaupt einen Luftmassenmesser, wenn man die Luftmasse auch errechnen könnte? Vielleicht, um einen errechneten Wert bei einen eventuellen Druckverlust durch Undichtigkeiten in der Luftleitung, oder eine Minderleistung des Turboladers zu korrigieren?

So… das war lang, aber ich wollte mal alle Rahmenbedingungen genau schildern.

[sailing-away]

Zitat:

@Fly97 schrieb am 21. Juni 2017 um 21:39:49 Uhr:

Weisser blauer Rauch bedeutet dass Motoröl verbrannt wird..schwarzer Rauch bedeutet dass das DieselLuftgemisch nicht vollständig verbrannt wird..weißer Rauch Wasserdampf
Sobald du das Agr mit einer Volldichtung verschließt erkennt das Steuergerät es zwar und schaltet in den Notlauf ..aber wenn die Russmenge im Abgass beim verschlossenen Agr deutlich abnehmen sollte...funktioniert das Agr oder deren Ansteuerung nicht...

Wie sind die Kompressionsmesswerte der einzelnen Zylinder.. Dieselmotoren sind Selbstzünder..dh. beim bestimmten Druck explodiert das Dieselluftgemisch selbstständig...

Sorry, was du schreibst ist sachlich nicht ganz richtig. So wie es GerdTrampler beschrieben hat, trifft es zu.

Bläulicher Rauch bedeutet, dass irgendein Öl verdampft und nicht verbrennt. Das kann Motoröl sein, Zweitacktöl (beim Moped) oder eben auch Diesel-Öl. Auch Diesel-Öl qualmt bläulich, wenn es nur teilweise verbrennt und der andere Teil verdampft. Schwarz qualmt es nur, wenn es unter Luftmangel verbrennt. Dabei entsteht Ruß.

Schönes Beispiel ist ein alter LKW oder Unimog beim Kaltstart. Da kommt ordentlich bläulicher und nicht schwarzer Rauch, weil der kalte Motor den Kraftstoff nur unvollständig verbrennt.

Zum AGR Ventil: natürlich nimmt die Rußmenge im Notlauf ab, denn es wird ja auch nur noch eine sehr begrenzte Menge Kraftstoff eingespritzt und das führt natürlich zu weniger Rußbildung. Aber einen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des AGR kann man dadurch nicht ziehen.

[Federspanner198]

Luftmangel hast du beim ständig geöffnetem Agrventil..schließt du es ..sollte weniger Rauch hinten herauskommen...
So war es bei meinem Benz..und daraus kannst du dann Rückschlüsse zum Agr Regelkreis ziehen

[Reifenfüller52154]

Zitat:

@sailing-away schrieb am 21. Juni 2017 um 20:18:07 Uhr:

Zitat:

@NAG_1 schrieb am 21. Juni 2017 um 19:54:54 Uhr:

Also ich fang jetzt mal der Reihe nach an:
611er oder 646er Motor?

Motor: 611962

Erstmal vielen Dank.

Vieles wurde schon so gemacht. Luftfilter ist auch neu, Fehlerspeicher ist leer.
Luftsystem wurde geprüft und war undicht. Habe den Anschluss vom Turbo zum Luftschlauch erneuert, seitdem ist es dicht. Der Ladedruck stimmt auch.
#1
Eine Probefahrt mit angeschlossener SD (damit ist StarDiagnose gemeint??) wurde noch nicht gemacht. Das werde ich mal machen. Wusste nicht, dass es sowas mobil gibt, bisher haben alle einen fetten stationären PC per Kabel angeschlossen.
#2
Motor ist im Originalzustand. Ich bin über 260.000 km mit einem Chip am Commonrail Druckregelventil gefahren, ohne Probleme. Seitdem er raucht (seit ca. 10.000 km), nicht mehr.

Zu #1:

SD -> StarDiagnose, und ja die gibt's auch für mobile Zwecke z.B. die StarDiagnosis compact 4. Damit kann man dann wirklich alle Istwerte von Einspritzmenge über Ladedruck bis hin zu AGR-Rückführrate u.v.m. in live ansehen und mit den Sollwerten vergleichen.

Zu #2:
Sorry, nichts gegen dich, aber du fährst 260tsd km mit so einem "Teil" rum und wunderst dich warum jetzt was im Eimer ist? Mit so einem Schrott (nochmals sry aber dazu fällt mir wirklich gar nix positives ein) kann man sich die Maschine gänzlich ruinieren.
Das Ding täuscht dem MSG falsche Werte vor, insbesondere den Raildruck. Dadurch wird der Raildruck auf höherem Niveau gehalten, da das MSG ja solange nachregelt bis der Solldruck erreicht ist. Dass durch diese Aktion die Hochdruckpumpe stärker belastet wird, sollte klar sein. Ich hab auch schon Fälle gesehen, bei denen sich Hochdruckpumpen
durch diese Tuningboxen komplett geschrottet haben. Ich weiß jetzt nicht was für Parameter diese Dinger noch manipulieren, aber damit befasse ich mich auch nicht.
Du solltest wissen, dass grundsätzlich jede Leistungssteigerung, bei der die Mechanik nicht dementsprechend angepasst wird, auf Kosten von Lebensdauer geht.
Wie du siehst bin ich ganz und gar nicht Fan von diesem Tuning-Zeug. Wenn man mehr Leistung will, muss man sich eben gleich ein stärkeres Modell holen. Für das gibt's ja auch 6, 8 und wem das nicht reicht V12 Motoren 😁

Es mag sein, dass es da andere gibt die nicht meiner Meinung sind, aber dass war eben nur dass was ich dazu sagen kann und will.

[sailing-away]

Zitat:

@Fly97 schrieb am 21. Juni 2017 um 22:09:54 Uhr:

Luftmangel hast du beim ständig geöffnetem Agrventil

Ja, weil Abgase beigemischt werden und der Sauerstoffanteil sinkt. Aber das hat ja nichts mit meinem Problem zu tun.

Wenn ich das AGR dauerhaft verschließe, dann geht der Motor in den Notlauf, also auf Sparflamme. Er raucht weniger. ok... aber daraus kann ich keinen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des AGR ziehen. Das AGR öffnet nur im Teillastbereich, wo sowieso weniger Rauch entsteht. Bei Volllast schließt das AGR. Daran kann man also nichts erkennen. Ich hab daran schon rumexperimentiert 😉

[GerdTrampler]

Zitat:

@sailing-away schrieb am 21. Juni 2017 um 21:43:29 Uhr:

Injektoren...
Kann zu viel eingespritzter Diesel zu einem Leistungsverlust führen? Zu schwarzem Rauch kann es natürlich führen. Allerdings ist es so, dass wenn ich einen Tuning-Chip am Commonrail-Druckregelsensor anschließe, dann wird ja die Einspritzmenge erhöht, weil der Druck im Commonrail erhöht wird. Dabei entsteht zwar noch mehr Rauch, aber auch mehr Leistung. Die Pumpe scheint also einen ausreichend hohen Druck zu bringen, sonst könnte ich den Effekt mit dem Chip nicht herbeiführen.

Aber es kann ja dennoch mit den Injektoren zusammenhängen. Können die so verschleißen, dass kein feiner Nebel mehr erzeugt wird?

Der Einspritzdruck liegt bei über 1500bar. Mit solch einem Druck kann man sägen. Wenn die gehärtete Schicht an der Injektordüse beschädigt wurde, gibt der Rest nach.
Spreche doch mal mit einem Freundlichen, ob man das nicht über die Außerbetriebnahme jeweils einer I-Düse austasten kann. Ich habe keine Ahnung ob das geht, aber wenn die Kiste warm ist, holpert es nicht allzusehr.
Und dann eine nach der anderen. Oder haben die ggf. einen Teststand?

Wenn Du zu viel Kraftstoff einspritzt und es rußt, kann die optimale Verbrennungstemperatur nicht erreicht werden. Außerdem kühlt zu viel eingespritzter Kraftstoff zusätzlich. Früher galt doch auch: ein zu fett eingestellter Vergaser ließ den Motor nicht auf Temperatur kommen.

[Reifenfüller52154]

Zitat:

Der Einspritzdruck liegt bei über 1500bar. Mit solch einem Druck kann man sägen. Wenn die gehärtete Schicht an der Injektordüse beschädigt wurde, gibt der Rest nach.
Spreche doch mal mit einem Freundlichen, ob man das nicht über die Außerbetriebnahme jeweils einer I-Düse austasten kann. Ich habe keine Ahnung ob das geht, aber wenn die Kiste warm ist, holpert es nicht allzusehr.
Und dann eine nach der anderen. Oder haben die ggf. einen Teststand?

Wenn Du zu viel Kraftstoff einspritzt und es rußt, kann die optimale Verbrennungstemperatur nicht erreicht werden. Außerdem kühlt zu viel eingespritzter Kraftstoff zusätzlich. Früher galt doch auch: ein zu fett eingestellter Vergaser ließ den Motor nicht auf Temperatur kommen.

Das geht über das Auslesen der Mengenkorrekturwerte. Dabei muss der Korrekturwert eines Injektors zwischen -5 und +5 liegen. Ist er drüber oder drunter kann das MSG den Verschleiß nicht mehr durch die Selbstadaption ausgleichen.
Den Stecker an den Injektoren darf man nicht einfach so abziehen, sonst geht er sofort in den Notlauf mit FS-Eintrag "Verbrennungsaussetzer Zyl.xy"

Max. Einspritzdruck sind beim OM611 übrigens 1350 bar wenn man's genau sagen darf 😉

[Federspanner198]

Zitat:

@sailing-away schrieb am 21. Juni 2017 um 22:16:39 Uhr:

Zitat:

@Fly97 schrieb am 21. Juni 2017 um 22:09:54 Uhr:

Luftmangel hast du beim ständig geöffnetem Agrventil

Ja, weil Abgase beigemischt werden und der Sauerstoffanteil sinkt. Aber das hat ja nichts mit meinem Problem zu tun.

Wenn ich das AGR dauerhaft verschließe, dann geht der Motor in den Notlauf, also auf Sparflamme. Er raucht weniger. ok... aber daraus kann ich keinen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des AGR ziehen. Das AGR öffnet nur im Teillastbereich, wo sowieso weniger Rauch entsteht. Bei Volllast schließt das AGR. Daran kann man also nichts erkennen. Ich hab daran schon rumexperimentiert 😉

Agrverhalten in Teil -,und Volllast ist richtig beschrieben... hast du aber bei Volllast ein geöffnetes Agr Ventil..erkennt man es eindeutig.. verschließt du es nun bei Volllast .und es kommt weniger Rauch aus dem Auspuff..deutet es auf einen Defekt beim Agr Ventil hin

Welche Kompressionswerte haben die einzelnen Zylinder ?

[GerdTrampler]

@ NAG_1:
OK, danke!

[sailing-away]

NAG_1... Zu #2:
Ich bin da nicht ganz deiner Meinung. Dass ich jetzt mit Rauch Probleme habe, muss nicht am Tuningchip liegen, schließlich ist schwarzer Rauch ein sehr weit verbreitetes Problem, auch bei Motoren ohne Tuningchip.

Ich kann dir aber sagen, warum ich so einen Chip genutzt habe: wenn man die Leistung nicht abruft, führt der Chip zu einer Verbrauchsreduktion. Bei mir 1,2 Liter/100 km. Ich fahre Landstraße mit 4,7 Liter/100 km und fahre dabei überall noch 10-20 km/h zu schnell und überhole.

260.000 km x 1,2 Liter / 100 = 3120 Liter weniger verbrauchter Kraftstoff. Bei sagen wie mal 1,15 €/Liter in den letzten 14 Jahren (oder mehr??) sind mindestens 3588 € Ersparnis! Dafür "schrotte" ich gern einmal eine Hochdruckpumpe für 300 € inkl. Einbau 😉 Wobei ich denke, dass ich die durch Bio-Diesel abgeschossen habe, weil mein Sportcoupe nicht Bio-Diesel tauglich ist 🙁
Ansonsten hatte ich einmal einen defekten Raildrucksensor und einmal einen defekten Raildruckregler. Zusammen, 100 €. Und dann hatte ich vor 10 Jahren einen nach außen undichten Injektor. Das ist meiner Ansicht nach alles ziemlich im normalen Bereich.

Die Funktionsweise ist übrigens so: der Tuningchip wird beim Raildrucksensor eingeschleift und simuliert einen niedrigeren Raildruck. Das Raildruckventil schließt also erst bei einem höheren Druck als normal. Der Druck von der Hochdruckpumpe ist aber immer der selbe, nämlich ca. 1700 bar. Das Raildruckventil mindert auf etwa 1100 bar... nagel mich nicht auf den genauen Wert fest. Der Chip erhöht diesen Druck um weniger als 10 %. Nach dem gleichen Prinzip hat übrigens Mercedes die Leistungen der Motoren erhöht und ich habe Zweifel daran, dass alle dazu relevanten Bauteile alle neu dimensioniert wurden. Da lebt man bestimmt von den eingebauten Toleranzen.

Bei meinem Problem mit dem Rauch wundere ich mich also mehr darüber, dass so ein übliches Massenproblem von Mercedes nicht in den Griff bekommen wird. Die Mentalität, beim Kunden auf gut Glück und spekulativ alle relevanten Teile zu tauschen und zu sehen ob es besser wird, finde ich überhaupt nicht angemessen.

nachtrag: 1350bar... ok. Mit dem Chip also um die 1450 bar. so what? 😉

[sailing-away]

Zitat:

@Fly97 schrieb am 21. Juni 2017 um 22:35:47 Uhr:

Zitat:

@sailing-away schrieb am 21. Juni 2017 um 22:16:39 Uhr:

Ja, weil Abgase beigemischt werden und der Sauerstoffanteil sinkt. Aber das hat ja nichts mit meinem Problem zu tun.

Wenn ich das AGR dauerhaft verschließe, dann geht der Motor in den Notlauf, also auf Sparflamme. Er raucht weniger. ok... aber daraus kann ich keinen Rückschluss auf die Funktionsfähigkeit des AGR ziehen. Das AGR öffnet nur im Teillastbereich, wo sowieso weniger Rauch entsteht. Bei Volllast schließt das AGR. Daran kann man also nichts erkennen. Ich hab daran schon rumexperimentiert 😉

Agrverhalten in Teil -,und Volllast ist richtig beschrieben... hast du aber bei Volllast ein geöffnetes Agr Ventil..erkennt man es eindeutig.. verschließt du es nun bei Volllast .und es kommt weniger Rauch aus dem Auspuff..deutet es auf einen Defekt beim Agr Ventil hin

Welche Kompressionswerte haben die einzelnen Zylinder ?

Ich habe an der Unterdruckleitung des Druckregelventils vom AGR einen Druckmesser angebracht und geprüft, welcher Unterdruck bei Volllast und bei Teillast anliegt. Bei Volllast 0 bar und ich meine bei Teillast 0,7 bar. Bei 0 bar ist das AGR zu, bei 0,7 bar ist das Ventil (im ausgebautem Zustand) offen.

Kompression habe ich noch nicht messen lassen

[sailing-away]

NAG_1

Ich habe hier mal ein paar "Screenshots" aus dem Cockpit. Besonders der Verbrauchswert über die 25.000 km ist interessant: 5,8 Liter...
Mein niedrigster Verbrauch ist bei 4,2... den Screenshot habe ich auf die schnelle nicht gefunden. Ist ein paar Jahre her.

[Federspanner198]

Welches Baujahr hat dein Benz?
Es gibt Unterdruck und elektronisch geregelte AgrVentile beim c220cdi.
Wenn dein Agr Ventil Unterdruck geregelt ist..gibt die Messung des Unterdruckes nur wieder..dass die Unterdrucksteuerung funktioniert..das AgrVentil kann trotzdem funktionslos sein.

Zum Kompressionstest..
Es gibt Kommpressionstester für Dieselmotoren bei Ebay für ca.20 Euro.Made in China....diese werden in das Glühkerzengewinde eingeschraubt..durch Zuführung vom zusätzlichen Öl durch die Glühkerzengewindeöffnung.. in den Kolbenraum..kann man Undichtigkeiten bei Kolbenringen von denen bei Ventilen voneinander unterscheiden..

Mein niedrigster Verbrauchswert lag bei angezeigten 3.7 l.. ohne Chiptunnig..-)

[Turboschlumpf131]

Hallo,
ich habe zwar keine Ahnung, möchte aber doch mal dazu etwas schreiben!

Ich würde zuerst mal das Fehlerprotokoll ( und zwar das Richtige!) studieren.
In der Zwischenzeit würde ich mal den gesamten Ansaugstrang prüfen, inkl. Luftfilter.
Dann würde ich mich mal um die Steuerzeiten kümmern. Gibt es ein Nockenwellen- o. Ventilproblem?
Dies aus gutem Grund! Prinzipiell gibt es nur zwei Ursachen für schwarze Abgase, sprich Russ.
a) zu wenig Luft oder b) zu viel Kraftstoff
Entscheidend für eine optimale Verbrennung ist nicht eine gemessene Menge von Ladeluft, sondern das stöchiometrische Verhältnis von Luft zu Kraftstoff (kg Luft / kg Kraftstoff). 
Ich befürchte, dass Du das Problem nicht selber lösen kannst, da Dir ( wahrscheinlich! ) die umfassenden Kenntnisse fehlen und zudem die notwendigen Messgeräte.
Wenn das Fehlerprotokoll nicht gescheites und eindeutiges hergibt, würde ich mal beim Boschdienst diverse Dinge ausmessen lassen.
Insbesondere Ladedruck, Einspritzzeitpunkt und Kraftstoffmenge zylinderindividuell, AGR...

Gruss vom Asphalthoppler

[GerdTrampler]

Bosch hört sich gut an.
Du solltest denen aber als erstes sagen, dass Du einen T-Chip eingebaut hast.
...und hoffen, dass die damit umgehen können.

[sailing-away]

Zitat:

@asphalthoppler schrieb am 22. Juni 2017 um 02:12:37 Uhr:

Wenn das Fehlerprotokoll nicht gescheites und eindeutiges hergibt, würde ich mal beim Boschdienst diverse Dinge ausmessen lassen.
Insbesondere Ladedruck, Einspritzzeitpunkt und Kraftstoffmenge zylinderindividuell, AGR...

Gruss vom Asphalthoppler

Den Boschdienst habe ich mir nun auf die Agenda geschrieben.

Das Fehlerprotokoll wurde schon mehrfach ausgewertet, bisher ohne einen für das Problem relevanten Befund. Ich erinnere mich auch an eine Messung in einer Werkstatt, bei der es um irgendeine Art Synchronität bei den Injektoren ging. Diese Werte bewegten sich alle zwischen 1 und 1,5. Sagt das jemandem was?