schwarzer Rauch / Luftmasse berechnen

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.

Schwarzer Rauch bedeutet ..dass Diesel unverbrannt in den Auspufftrakt gerät..Ursachen wären auch ein defekter Turbo ..schlechte Kompression..Ventil-, oder Kolbenringe Defekt..

Injektoren hast du bereits überprüft. .das Commenrail und deren Druck..Agr .Luftfilter..LMM.Ansaugtrack.auch.
Du brauchst dich bei diesem einfach gebauten Motor nicht unbedingt auf physikalische Grundlagen zurückgreifen. .. hier ist die praktische Erfahrung eher hilfsreicher..
Verschliess das Agr..mach einen Kompressionsdrucktest..überprüfe nochmals den LMM ...überprüfe die Minusanbindungen.... das ist erstmals der Versuchsaufbau..welchen ich dir vorschlagen würde.. Torque ist nicht der beste Obd2 Ausleser

Also ich fang jetzt mal der Reihe nach an:
611er oder 646er Motor?
Grundsätzlich ist es so, dass jeder Motor der mit einem elektronischen Motormanagementsystem ausgerüstet ist einen LMM (Hitzdraht oder Heißfilm) zum vernünftigen Betrieb zwingend benötigt. Die Luftmasse ist neben der Fahrpedalstellung eine der wichtigsten Eingangsgrößen zur Berechnung der Einspritzmenge. Daneben gibt es noch weitere Parameter wie z.B. Ansauglufttemperatur, Kühlmitteltemperatur, Drehzahlistwert, DK-Stellung die mit in die Berechnung einfließen. Zusätzlich wird die Luftmasse beim Diesel zur Regelung der Abgasrückführrate benötigt.

Zur Feststellung eines solchen Defekts, bzw. zur Erforschung der Ursache(n) gibt es eigentlich nur eine vernünftige Möglichkeit. Als Diagnosegerät würde ich persönlich immer die StarDiagnose von MB empfehlen. Dabei sollte nach folgender Reihenfolge vorgegangen werden: Erst mal alles auf mechanische Schäden prüfen und im Vorhinein ausschließen, dass z.B. der Luftfilter verdreckt ist.
Dann FS auslesen. Wenn kein Fehlereintrag vorhanden ist, mit angeschlossener SD eine Probefahrt machen und die betreffenden Istwerte beobachten und mit den Sollwerten vergleichen.
Zum Punkt Injektoren: Hierbei sollten sowohl die Mengenkorrekturwerte ausgelesen werden als auch eine Leckölmengenmessung durchgeführt werden. Nur so kann mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit ein Defekt an den Injektoren ausgeschlossen werden.
Das Ladeluftsystem sollte auch mit Überdruck geprüft worden sein, da mann kleine Risse in den Ladeluftschläuchen nicht immer sieht und zudem auch der LLK undicht sein kann.

Bei den ganzen Prüfungen sollte man sich im klaren sein, dass der Motor und dessen Steuerung im Originalzustand ist. Wenn natürlich schon an der Motorsteuerung rumgepfuscht wurde, etwa um die Leistung zu erhöhen oder irgend so ein Tuning-Schrott drin ist, braucht man sich wegen dem Rauch nicht wundern. Zudem kann das noch ganz andere teuere Folgeschäden nach sich ziehen.

Zitat:

@Fly97 schrieb am 21. Juni 2017 um 19:31:18 Uhr:

Schwarzer Rauch bedeutet ..dass Diesel unverbrannt in den Auspufftrakt gerät..

Sorry, wenn ich direkt widerspreche, aber unverbranntes Diesel-Öl erzeugt, wie jedes andere Öl auch, weiß-blauen Rauch und keinen schwarzen Rauch. Schwarz ist Ruß und der entsteht bekanntlich durch Verbrennung.

- defekter Turbo... nein, der Druck stimmt ja. Das Turbo-Rad sieht auch gut aus (Luft-Seite) und zu ölig ist er auch nicht.

- Commonrail-Druck... werde ich mal prüfen. Allerdings habe ich schon einen Tuning-Chip eingesetzt, der den Rail-Druck erhöht, ohne Verbesserung der Situation. Das wird es wahrscheinlich auch nicht sein.

- Kompression, Ventil, Kolbenringe... habe ich noch nicht geprüft. Führt ein Defekt bei diesen Teilen nicht auch eher zu blauem Rauch??

Die praktische Erfahrung von bisher 5 Werkstätten (MB und Freie) hat bisher nicht zu einer vernünftigen Diagnose geführt. Ich habe den Eindruck, die fangen einfach mit den teuersten und wahrscheinlichsten Teilen an zu tauschen, wenn nichts gescheites im Fehlerspeicher steht. Daher auch die neue Ansaubbrücke. Ich kann natürlich ALLE Teile gegen Neue tauschen, irgendwann ist vielleicht das Richtige dabei. Das ist aber nicht befriedigend. So ein Problem muss doch auch strukturiert und logisch angegangen werden können

Hallo Jungs

Ich klinke mich mal hier mit ein
Das gleiche Problem hab ich mit meinem C220 CDI BJ2000 auch
Motor läuft top, Ölverlusst nicht messbar also sehr gering
Im Vollast bereich haut meiner auch ne richtige Russwolke raus, das hinter mir her fahrende erstmal ordentlich abstand halten
Selbst beim Tüv/AU hab ich das angesprochen
Wäre normal und AU bestanden

Fehlersuche hab ich iwan aufgegeben
MB wusste auch kein rat woran es liegen kann
Auf der AB ordentlich getreten hört das russen für paar std nach AB auf

Grüsse Benzländer

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.

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.

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.

Ach ja, AU habe ich auch bestanden. Aber nur, wenn man das Fahrpedal beim Test nicht ganz so schnell durchtritt.
Aber das ist nicht so relevant, weil man beim Test im Drehzahlbegrenzer ist und nicht auf Volllast.

Was bedeutet AGR verschließen? Druckdose deaktivieren, so dass das AGR das Ventil nicht öffnen kann?
Das habe ich mal gemacht und nach wenigen Minuten verlor der Motor immer mehr Leistung, so wie im Notlauf.
Welche (Android) ODB II App kannst du empfehlen, wenn Torque Pro nicht so gut sein soll?

Hi,
es dürfte defektes Ladeluftkühler sein (Ein Riss). Habe bei meinen nach dem Kauf auch gehabt. Der LLK wurde ausgetauscht und bis heute keine Probleme mit schwarzen Ruß.

Zitat:

@enigma.rv schrieb am 21. Juni 2017 um 20:33:12 Uhr:

Hi,
es dürfte defektes Ladeluftkühler sein (Ein Riss).

Dann würde Luft entweichen, richtig?

Das würde pfeifen und der Ladedruck müsste unter Sollwert fallen. Tut er aber nicht. Ich habe schnell und stabil 1,3 bar Überdruck, ohne dass es pfeift.

1) Du vernachlässigst meiner Meinung nach die Temperatur der Ansaugluft. Diese jedoch beeinflußt das Volumen um ca. 1/273 je °C, bezogen auf 273K.
Man rechnet: Gasvolumen*Temperatur/Druck (Ich hoffe, ich irre nicht, ist schon fast 50 Jahre her)
Der Ladeluftkühler kann das nicht kompensieren.
2) Sehe ich im Augenblick auch nichts mit Ausnahme Punkt 1)
3) eigentlich seltsam, weis auch nicht, wo der Fehler ist
4) Der LMM misst permanent, korrigiert mit aktuellen Werten wie Druck, Temperatur, ggf. Feuchtigkeit. Ob er die Temperatur vor Zylinder oder vor Ladeluftkühler erfasst weiss ich nicht. Ich gehe von beidem aus. Den Druckverlust kann er nur nachfahren bis zur Leistungsgrenze des Turbos und dann ist Schluss.

Schwarzer Rauch bedeutet sehr hoher CO Gehalt wegen unvollständiger Verbrennung. Wie beschrieben, fehlt Luft oder zu viel Kraftstoff.
Weißer Rauch, auch genannt "Kaltluft CO" entsteht bei noch kaltem Motor oder Wassereintrag in den Verbrennungsvorgang.
Blauer Rauch ist unverbranntes Öl, z. B., Motorschmieröl o.ä..
Es könnte sein, dass, wie vor beschrieben, die Injektoren entweder eine zu hohe Leckrate haben und wenn z. B., die Kraftstoffmenge sich über die Öffnungszeit ergibt, somit zu viel eingespritzt werden kann.
Was auch sein kann, wäre eine verschlissenen Kraftstoffhochdruckpumpe. Bei zu geringem Einspritzdruck "kleckert" es dann ohne sauber zu verdüsen.
Sind aber Annahmen.

Hallo Gerd,
nein, die Lufttemperatur habe ich nicht vernachlässigt. Die Lufttemperatur wird hinter dem Ladeluftkühler gemessen (etwa mittig zwischen Ladeluftkühler und AGR-Ventil) und betrug bei meinen Messungen 35 °C. Die Luftdichte bei 35 °C beträgt laut Tabelle 1,145 g/Liter. Mit diesem Wert habe ich gerechnet.

Zitat:

@sailing-away schrieb am 21. Juni 2017 um 21:21:27 Uhr:

Hallo Gerd,
nein, die Lufttemperatur habe ich nicht vernachlässigt. Die Lufttemperatur wird hinter dem Ladeluftkühler gemessen (etwa mittig zwischen Ladeluftkühler und AGR-Ventil) und betrug bei meinen Messungen 35 °C. Die Luftdichte bei 35 °C beträgt laut Tabelle 1,145 g/Liter. Mit diesem Wert habe ich gerechnet.

OK.

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...

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?