Anpassung Motorsoftware nach Ladertausch (Garrett GT2052V -> GT2556V) - Update 08.05.2016

[tommy_c20let]

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Vergleich GT2052V / GT2556V

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Vorbetrachtung - Lehrgeld ist immer teuer!

Nachdem ich mir im Januar wohl den Lader durch eine (BMW M57-typische) verstopfte Kurbelgehäuseentlüftung (deren Wechsel ich schon eine Weile vor mir hergeschoben hatte ) "angetötet" habe und er seit dem beim Ladedruckaufbau immer ein hohes, kreischendes, sirrendes Geräusch machte, entschied ich mich, aufgrund des sich ankündigenden Laderdefekts, in dem Zuge gleich ein Upgrade auf einen größeren zu machen da der vorhandene Garret GT2052V Ladedruck- und Luftmassentechnisch durch die Kennfeldanpassung sowieso fast am Anschlag lief.

Welchen Lader nehmen?

Idealerweise wäre ein modernerer GT2260V aus dem 530d E60 (218 PS) hier die erste Wahl gewesen, dieser besitzt ein recht großes Ladedruck- und Luftmassenpotential und ist auch eine Generation neuer was die Verdichterrad-Geometrie betrifft. Damit spricht er fast genau so schnell an wie der serienmäßige GT2052V. Wieso wurde es dann der konzeptionell etwas ältere (was das Spoolverhalten angeht) GT2556V?

1) Das erste Problem, der GT2260V ist nicht 100%ig identisch vom Verdichtergehäuse her, ich hätte also die Anschlüsse etc. adaptieren müssen und dazu hatte ich einfach keine wirkliche Lust.

Der GT2556V ist gehäusetechnisch quasi identisch zum GT2052V, hier weiß ich also dass ich ihn definitiv "einfach so" verbaut bekomme ohne dass ich überraschend vor Problemen stehe.

2) Ich fahre Automatikgetriebe, der Wandler würde also ohnehin einen Teil des Turbolochs untenherum dank Drehmomentüberhöhung verschleiern.

Vergeichen wir die Lader mal:

GT2052V -> serienmäßig verbaut in Omega B 2.5 DTI und BMW 525d E39 (163 PS)

Verdichter

Inducer: 38,5 mm

Exducer: 52,0 mm

Abgasturbine

Inducer: 47,0 mm

Exducer: 39,9 mm

GT2260V -> serienmäßig verbaut in BMW 530d E60 (218 PS)

Verdichter

Inducer: 44,5 mm

Exducer: 60,0 mm

Abgasturbine

Inducer: 50,0 mm

Exducer: 45,0 mm

GT2556V -> serienmäßig verbaut in BMW 530d E39 (193 PS)

Verdichter

Inducer: 40,3 mm

Exducer: 56,0 mm

Abgasturbine

Inducer: 51,5 mm

Exducer: 47,4 mm

3) Vergleich GT2260V / GT2556V: der GT2260V bringt bei niedrigen und mittleren Ladedrücken mehr Luftmasse (und spoolt dank kleinerem Abgasrad schneller hoch), wird bei höheren Ladedrücken aber bedingt durch das kleinere Abgasrad wieder eher höheren Abgasgegendruck erzeugen. Hier hat der GT2556V einen kleinen Vorteil durch die größere Abgasseite (die ihn aber auch erst später zum Leben erwachen lässt).

Summa summarum werden sich die beiden Lader in der maximalen Liefermenge bei "üblichen" Ladedrücken nicht viel nehmen, daher waren für mich die anderen aufgeführten Punkte (Plug & Play, zumindest auf der Hardwareseite) kaufentscheidend.

Anpassung der Steuergerätesoftware

Nachdem der Hardwarepart (Austausch des Laders) erledigt war, stellte sich nun die Frage in welchen Ausmaßen die Software einer Anpassung bedarf. Also habe ich Echtzeit-Logs in allen möglichen Fahr- und Lastsituationen gemacht, in der Ebene, bei Gefälle und auch an Steigungen mit wechselnden Geschwindigkeiten von 30 - 180 km/h.

Volllast:

Kurioserweise passte die Volllast sogar halbwegs. Im mittleren Drehzahlbereich gab es kleine 0,15 Bar Ladedruck-Überschwinger und über 4000 U/Min hielt er die Drücke nicht mehr. Man sah aber dass die Ladedrucksteuerung viel nachregelte. Hier musste also trotzdem das VTG-Vorsteuerkennfeld (siehe weiter unten) angepasst werden damit nach Möglichkeit kaum nachgeregelt wird. Im Teillastbereich wurde mir aber schnell klar dass ich deutlich mehr zu ändern habe als gedacht..

Teillast:

Ich bekam beim normalen Fahren recht schnell einen Fehlereintrag "Ladedruck zu gering" und sah dass er im Teillast natürlich die Soll-Drücke vom alten Lader machen wollte, diese aber nicht mal annähernd erreichte. Teilweise fehlte ein halbes Bar Ladedruck die der Lader einfach aufgrund der Größe nicht erreichte da schlicht der Antrieb durch ausreichend Abgas fehlte. Zumal mein Motor 17% weniger Hubraum hat als der 2,9 Liter Diesel im 530d E39 von dem der Lader ja stammt.

Ein Blick ins Ladedruckkennfeld des BMW 530d E39 (193 PS) offenbarte dass man dort im Teillast auch deutlich geringere Ladedrücke fuhr, da der Lader bei diesen immer noch mehr Luftmasse bringt als der kleinere GT2052V im 525d E39 / Omega 2.5 DTI. Selbst bei Volllast fährt der 530d E39 (193 PS), trotz deutlich höherer Kraftstoffmenge, WENIGER Ladedruck (2175 mbar) als 525d E39 und Omega B 2.5 DTI (beide 2220 mbar). Wen es interessiert, ich habe die Ladedruck- und VTG-Vorsteuerkennfelder von beiden Fahrzeugen (jeweils Serie) hier im Beitrag mal informativ als Bild eingefügt.

Erklärung:

Die Ladedruckangaben sind absolut, d.h. inkl. Umgebungs- / Luftdruck welcher im Normalfall (wenn man nicht gerade in den Alpen wohnt) bei ~ 960 bis ~1015 mbar (= 1 Bar) liegen. Man rechnet der Einfachheit halber immer pauschal mit einem Bar. 1600 mbar im Kennfeld entsprechen also nach Abzug des Luftdrucks ca. 0,6 Bar Ladedruck. Im weiteren Textverlauf werde ich immer von Absolutdrücken sprechen!

Hier einige Beispiele aus den Ladedruckkennfeldern:

1750 U/Min, 25 mg/Hub Kraftstoffmenge (Teillast):

BMW 530d E39: 1320 mbar

Omega B 2.5 DTI: 1500 mbar -> 0,18 Bar Unterschied!

Omega B 2.5 DTI (angepasst auf GT2556V): 1200 mbar

2000 U/Min, 25 mg/Hub Kraftstoffmenge (Teillast):

BMW 530d E39: 1430 mbar

Omega B 2.5 DTI: 1650 mbar -> 0,22 Bar Unterschied!

Omega B 2.5 DTI (angepasst auf GT2556V): 1250 mbar

2500 U/Min, 25 mg/Hub Kraftstoffmenge (Teillast):

BMW 530d E39: 1490 mbar

Omega B 2.5 DTI: 1841 mbar -> 0,35 Bar Unterschied!

Omega B 2.5 DTI (angepasst auf GT2556V): 1350 mbar

3000 U/Min, 25 mg/Hub Kraftstoffmenge (Teillast):

BMW 530d E39: 1520 mbar

Omega B 2.5 DTI: 1901 mbar -> 0,38 Bar Unterschied!

Omega B 2.5 DTI (angepasst auf GT2556V): 1450 mbar

Vergleicht man Spalten mit gleicher Kraftstoffmenge im unteren / mittleren Teillastbereich, wird klar dass der GT2556V im Vergleich zum GT2052V deutlich mehr Luftmasse in den Motor schiebt, ergo deutlich weniger Ladedruck gefahren werden muss.

Anpassung Ladedruckkennfeld:

Nun könnte man meinen, man kopiert einfach die Ladedruckwerte vom 530d E39 ins Omega Kennfeld und er läuft. Dem ist aber nicht so. Die in den Logs erreichten Ladedruckwerte waren nämlich sogar noch unter den von BMW im 530d E39 applizierten, hier zeigen sich die 17% Hubraumdefizit noch zusätzlich.

Ich habe also die Logs drehzahlmäßig ausgewertet um zu schauen bei welcher Drehzahl und Lastbereich der Lader noch welchen Ladedruck schaffte ehe die Ladedruckregelung via erhöhen des Tastverhältnisses die VTG ganz zu drehte und der Motor quasi an den eigenen Abgasen erstickte.

Diese Werte (+0,1 Bar, Toleranz für erhöhte Last an Steigungen usw. an denen der Lader mehr Zeit hat zum Ladedruckaufbau) habe ich ins Ladedruckkennfeld übernommen und parallel noch ein zweites, weitaus wichtigeres Kennfeld komplett neu geschrieben was mir noch etwas schnelleren / besseren Ladedruckaufbau brachte..

Anpassung VTG-Vorsteuerkennfeld:

Erklärung:

Die Aufgabe des VTG-Vorsteuerkennfeldes besteht darin, die VTG-Schaufeln schon mal "vorausschauend" bei Drehzahl X und gewünschter Kraftstoffmenge Y in eine Position zu bringen, in welcher der Lader physikalisch ziemlich genau den Ladedruck erreichen kann den ich im Ladedruckkennfeld für eben diese Drehzahl und Kraftstoffmenge programmiert habe.

Dadurch muss die Ladedruckregelung keine oder nur wenig nachträgliche Regelarbeit erledigen, der Wunsch-Ladedruck wird schnell und genau ereicht. Das VTG-Kennfeld muss dabei immer zum Lader und Motor passen. Ändert sich eine der beiden Gegebenheiten, muss man es komplett neu anpassen was gelinde gesagt ein ziemliches Gef...ummel ist.

Viele Tuner machen das nicht und welch Wunder, die Motoren laufen trotzdem, die Frage ist nur wie. Zum Beispiel stehen die Schaufeln durch unpassende Werte im VTG-Vorsteuerkennfeld zu weit offen. Man drückt aufs Gas und hat erstmal zu wenig Ladedruck. Die Ladedruckregelung greift ein und justiert die Schaufeln nach (schließt sie ein wenig) -> Wunschladedruck wird (mit Verzögerung) erreicht.

Schlimmer ist es, wenn die Schaufeln durch das VTG-Vorsteuerkennfeld zu weit geschlossen sind. Der Lader überboostet erstmal kurz, die Ladedruckregelung zieht die Reißleine und öffnet die Schaufeln mehr. Je nachdem wird der passende Druck nun entweder "von oben herab" eingeregelt oder, je nach Stärke des Überboostens und Abregelns durch die EDC, gibt es erstmal einen kräftigen Unterschwinger, sprich der Ladedruck fällt zu weit unter Soll. In dem Falle muss die Ladedruckregelung erneut eingreifen und die Schaufeln wieder etwas schließen um den Wunschladedruck letztlich (mit noch größerer Verzögerung) zu erreichen. Beide Varianten sind unschön, die letztere kann auf längere Sicht auch den Lader killen wenn er zu oft zu große Ladedrucküberschwinger hat.

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In meinen Logs sehe ich natürlich auch die Ansteuerung (Tastverhältnis) und damit Stellung der VTG-Schaufeln. Wie ein VTG-Lader funktioniert, wissen die meisten vermutlich. Falls nicht, Google hilft hier.

Ich versuche es trotzdem mal grob zu erklären:

Einfach gesagt, Schaufeln flach = schnelle Luftströmung zum Abgasrad = schneller Ladedruckaufbau. Schaufeln offen = langsamere Luftströmung zum Abgasrad = langsamerer Ladedruckaufbau. Jedes VTG-Vorsteuerkennfeld ist so aufgebaut dass es im Leerlauf auf "schnellstmöglicher Ladedruckaufbau" (Schaufeln flach) gestellt ist. Das heißt nicht dass wir im Leerlauf schon Ladedruck haben, dazu fehlt noch etwas Abgas um die Turbine ausreichend anzutreiben. Und das bekommen wir erst mit steigender Drehzahl.

D.h. man fährt an, der Motor dreht unter Last hoch, es wird mehr Kraftstoff eingespritzt und verbrannt = mehr Abgas. Durch die flache Schaufelstellung wird das Abgasrad (und damit auch das Verdichterrad) schnell beschleunigt und der Lader beginnt Ladedruck aufzubauen, man sagt auch der Lader "spoolt". Die durch den nun vorhandenen Ladedruck zusätzlich in den Motor gepresste Luftmasse wird sogleich mit noch mehr Kraftstoffmenge beaufschlagt = noch mehr Abgas.

In dem Moment muss die Motorsteuerung (in erster Instanz das VTG-Vorsteuerkennfeld) die Schaufeln bei nun steigender Drehzahl langsam öffnen. Der Lader würde sonst an seinen eigenen Abgasen ersticken da dieses Mehr an Abgasen durch die flach gestellten Schaufeln nicht mehr vollständig hindurchpasst (das Abgas staut sich quasi vor dem Lader).

Und genau hier entsprach das VTG-Kennfeld vom GT2052V natürlich überhaupt nicht dem des GT2556V. Die VTG-Schaufeln gingen im unteren Bereich viel zu schnell auf, noch bevor der größere Lader ordentlich zu spoolen anfing. In höheren Drehzahlen (über 4000 U/Min) hielt er den Druck dagegen nicht mehr da die Schaufeln wiederum zu weit geöffnet waren und die Abgase des Motors nicht ausreichten, den gewünschten Druck zu halten.

Ich habe also wieder und wieder Änderungen programmiert und bin diese dann auf der Autobahn / Landstraße (je nach Last/Drehzahl/Tempobereich der anstand) testen gegangen. Das hat mich einen kompletten Tag (9 - 20 Uhr) gekostet bis ich alle Last- und Drehzahlbereiche sauber angepasst hatte. Immer wieder Steuergerät ausbauen, aufschrauben, flashen, wieder zuschrauben, ins Fahrzeug einbauen, Testfahrt und wieder von vorn.

Letztlich konnte ich durch die Anpassung des VTG-Vorsteuerkennfeldes vor allem im Bereich bis ~2000 U/Min wieder einiges zurückholen an Ladedruckaufbau. Der GT2052V begann bei ca. 1300 U/Min langsam zu spoolen. Unangepasst mit dem GT2556V war er bis 2000 U/Min komplett tot, erst ab da kam er mal über 1500 mbar bei hoher Kraftstoffmenge. Nun habe ich bei ~1700 Umdrehungen schon ca. 1,6 Bar und bei 2000 U/Min bereits 1,9 Bar.

Der Rußbegrenzer wurde in dem Bereich noch zusätzlich etwas lascher ausgelegt. Dieser gibt nun dort schon etwas mehr Kraftstoffmenge frei, auch wenn noch kein großartiger Ladedruck und damit Luftmasse da ist. Dieses zusätzliche Extra an Kraftstoff verbrennt natürlich trotzdem und generiert ebenfalls nochmal zusätzlich Abgasmenge. In Summe habe ich durch diese Maßnahmen geschätzt vielleicht wieder zu 75% die alte Charakteristik (im Bereich bis 2000 U/Min) zurück.

Was vielleicht noch interessant ist zu erwähnen, der Motor läuft ja nun im Teillast mit bis zu einem halben Bar weniger Ladedruck. Entsprechend hört man den Motor jetzt mehr in diesen "ladedruckarmen" Bereichen da der Turbolader und dessen Ladedruck ja eine gewisse geräuschdämpfende Wirkung in einigen Frequenzbereichen (vor allem den tieferen) ausüben.

Zur Volllast, der GT2556V hat bei weniger Laderdrehzahl (ca. ~90000 U/Min für z.B. 2,2 Bar vs. ~155000 U/Min für 2,2 Bar beim GT2052V) den gleichen Luftmassendurchsatz und in Kombination mit dem größeren Querschnitt sollte er damit theoretisch weniger Abgasgegendruck erzeugen was zu einer indirekten Leistungssteigerung und Senkung der Abgastemperatur beiträgt. Gefühlt läuft er auf der Autobahn auch kräftiger, gerade in höheren Drehzahlen. Ich benötige aber in jedem Fall bald eine Lösung für mein zu kurzes Hinterachs-Differential..

Sicherlich werde ich die nächsten Tage und Wochen noch kleine Änderungen in Bereichen vornehmen die ich erst nach und nach im Alltag "erfahre". Zu 95% bin ich aber mit der Anpassung des GT2556V an den Omega B 2.5 DTI fertig.

Ergänzung, 08.05.2016:

Es dauerte noch gut einen Monat bis die Feinanpassungen wirklich fertig waren. So wurde z.B. der Raildruck im mittleren / oberen Teillastbereich stufenweise etwas erhöht um eine innermotorische Verbesserung der Verbrennung (und damit geringeren Rußausstoß) zu erreichen, ein Ausgleich zum fehlenden Ladedruck im Teillastbereich und damit generell etwas fetteren AFR-Werten.

Auch der Rauchbegrenzer wurde nochmals von unten bis oben komplett neu geschrieben um eine gewisse Trägheit auf Pedalbefehle zu verringern. Die Anpassung des originalen Rauchbegrenzers war einfach nicht zielführend da dieser, gerade in den unteren Bereichen, auf einen früh ansprechenden Lader ausgelegt war.

Das Fahrzeug reagiert bei geringen Geschwindigkeiten und Drehzahlen unter 2000 U/Min nun etwas spontaner auf das Gaspedal. Beim zackigen Anfahren mit Halbgas wird aber prinzipbedingt immer ein kleines Wölkchen bleiben, beim StVO-gerechten Fahren im normalen Teillastbereich konnte dies aber nun fast durchgängig eliminiert werden. Die Agilität, die er mit dem kleineren Serienlader hatte, wird er aber trotzdem nie erreichen.

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Des weiteren weiß ich nun dass der originale Lader gar nicht defekt war da ca. 3 Wochen nach Einbau des neuen ebenfalls wieder diese schrillen Geräusche auftraten. Ein wenig später hatte man an der Ampel auch Abgasgeruch im Innenraum, da war klar dass entweder der Krümmer gerissen (was beim Gußkrümmer eher nicht üblich ist) oder die Krümmerdichtung defekt ist.

Als der Krümmer dann runter kam, stellte sich dieser als OK heraus, die Krümmerdichtung an Zylinder 1 war aber nicht mehr ok und die beim Einbau des neuen Laders eingesetzte Alu-Dichtung zwischen Krümmer und Lader war total zerbröselt.

Recherchen meinerseits haben ergeben dass diese Aludichtungen bei per Software leistungsgesteigerten Dieselmotoren (welche nochmal 100-150 Grad höhere Abgastemperaturen haben) nicht dauerhaltbar sind da das Alu bei den Temperaturen schon weich wird und der erhöhte Abgasdruck erledigt dann den Rest indem er dort schön gegen die Dichtung drückt. Letztlich wurde hier nun eine mehrlagige Elring Stahldichtung verbaut, diese ist, Stand heute, absolut intakt.

Infos und Fotos zum Abgaskrümmerdichtungstausch gibt es hier:

http://www.motor-talk.de/.../...xial-und-radialspiel-t5572791.html?...

Ich habe nun schon seit über einem Monat keine Software-Änderung mehr durchgeführt, für mich als sehr penibler und fast schon pingeliger Mensch was das Thema angeht, ein gutes Zeichen.

Viele Grüße,

Thomas

Ergänzung:

Das Thema "kreischendes Geräusch beim Beschleunigen" habe ich in einem separaten Blogbeitrag thematisiert:

https://www.motor-talk.de/.../...zur-verzweiflung-treibt-t5738588.html

[areko]

Hallo Thomas

Das liest sich gut, Du hast also weiter hin den 2,5 DTI Motor?

Ich will meinen auf den 3,0l mit 193 PS um bauen, habe so weite alles da, nur die Zeit .....

Da bin ich mal gespannt wie es weiter geht.

MfG

Wolle

[tommy_c20let]

Grüß dich, der Motor kam bei KM-Stand 85000 ja neu rein, hab jetzt 117000 km auf dem Tacho, der Motor also gerade mal 32000 km runter. Da er auch gut im Futter steht (170 PS mit der originalen gedrosselten Software) wäre es Unsinn ihn auszubauen und einen gebrauchten 3 Liter mit 100tkm+ einzubauen. Also fahr ich ihn bis es kracht, wobei ich keinen Grund sehe dass es krachen sollte.

Der 2,5 Liter ist ein Fast-Quadrathuber und deutlich drehfreudiger als der 2,9 Liter aus dem 530d. Ich werde aktuell irgendwo bei um die 220-225 PS sein (erneuter Prüfstandslauf folgt noch) und im Grunde könnte ich mit größeren Injektoren bis auf 250 PS kommen. Aber auch da seh ich den Sinn nicht für 20 oder 30 PS die vorhandenen Injektoren (wovon 4 der 6 auch nur 15-25 tkm alt sind) zu tauschen. Ich schau einfach was sinnvoll geht und im Grunde hab ich diese Grenze inzwischen erreicht.

Ein längeres Diff wäre z.B. sinnvoller, evtl. versuch ich's auch erstmal über Reifen mit größerem Abrollumfang (was einer längeren Gesamtübersetzung gleich kommt), also statt den serienmäßigen 235/45R17 vielleicht 235/50R17 oder 225/55R17. Aber da muss ich schauen ob das noch physikalisch passt und nicht oben am Federbeinteller schleift.

Hast du den 3 Liter schon liegen bei dir?

Gruß, Thomas

[areko]

Hallo Thomas

Jau, 3 Stück. einen mit ca 170 TKM, einen bei EBAY ersteigert für 23,90€ ...... da hat keiner mit gesteigert, bei dem soll eine Drallklappe den weg gefunden haben und einen ( da werde ich fast rot) für 1 €. Der hat den komplett überholt um dann fest zu stellen das der Kopf wohl einen Riss hat.

Das drumherum habe ich mir so nach und nach besorgt, Turbolader, Krümmer und Injektoren.

vor 2 Monaten dann noch einen Omega mit Motorschaden ...... Drallklappen.

jetzt habe ich etwas Zeit und will den umbauen, incl " Dickem" Auspuff.

Wo wohnst Du überhaupt??

Gruß

Wolfgang

[tommy_c20let]

Hallo Wolfgang, 3 Stück? Da kann man nix sagen. Die Auspuffsache wartet bei mir auch noch, aber derzeit hab ich recht wenig Zeit und ich muss erstmal mein ABS/ESP-Steuergerät fixen, hast du ja sicherlich gelesen im Forum, ich Depp.

Komme aus Pforzheim, genau zwischen Stuttgart und Karlsruhe.

[areko]

Guten Morgen

Fehler machen wir alle ........ aber wir lernen daraus :-) .

Ich habe einen Bastuck gefunden in den Kleinanzeigen. Ist es nicht einfacher das ABS Steuergerät zu wechseln? Ich kenne mich da nicht aus ....

Schönes WE

Gruß

Wolfgang

[schubacker]

Hallo Thomas

Den Turbolader hab ich besorgt von ein fachhändler, die bereiten die auf. Ich mein hingebracht und die haben mir ein im Austausch gegeben , die Werkstatt hat auch gesagt das der anders aussieht und wie neu ??

Ich schaue mal auf das Schild .

Gruß Thorsten

[Faltenbalg44802]

ausgezeichnete Arbeit !!! ich wirklich will eine solche Software für Ihren 2.5 DTI vorzustellen