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Motormanagement Sensoren Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop Gerald Schneehage Krafthand Medien GmbH ISBN 978-3-87441-174-5 Krafthand-Technik 5. erweiterte Auflage Leseprobe

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MotormanagementSensoren

Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop

Gerald Schneehage

Krafthand Medien GmbH

ISBN 978-3-87441-174-5

Krafthand-Technik

ISBN 978-3-87441-174-5

Krafthand-Technik

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Gerald Schneehage

„Das Fachbuch ‚Motormanagement Sensoren’ von Gerald Schneehagezeichnet sich durch seine thematische Vollständigkeit und Praxisorientiertheit aus. Anhand zahlreicher Messkurven zeigt er sehr anschaulich die verschie-denen Charakteristika von Sensoren in modernen Pkw. Das Buch gehört in jede moderne Kfz-Werkstatt!”

Kai Schiller, Technischer Leiter, HandWerk gGmbH – Kompetenz- zentrum der HWK Bremen

„Der Autor legt in seinem praxis-orientierten Fachbuch den Schwer-punkt auf die Fehlerdiagnose von Sen-soren rund um moderne Otto- und Dieselmotor-Managementsys teme. Sämtliche Sensoren sind im Detail anschaulich erklärt und dar gestellt. Ich empfehle es jedem Kfz-Profi!“

Dipl.-Ing. Dirk Hamann, Geschäftsführer der Autohaus Hamann GmbH, Hannover

Motormanagement Sensoren Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop

Die fünfte, erweiterte Auflage des Fachbuchs ‚Motormanagement Sensoren’ von Gerald Schnee-hage beschäftigt sich detailliert mit der Prüfung von motor system-relevanten Sensoren und wur-de um zahlreiche Passagen sowie um die Kapitel AdBlue-Temperatursensor und AdBlue-Druck-sensor ergänzt. Dabei setzt der Autor unter ande-rem auf den Einsatz eines Oszillo skops.

Zu Beginn erklärt der Autor verschiedene Fehler-arten und Fehlercodes und geht auf das notwen-dige Prüfequipment ein.

Im Hauptteil beschreibt Schneehage rund 32 Sen-soren, die für moderne Motormanagementsys-teme relevant sind. Er geht dabei jeweils auf die Funktionsweise, den Einsatzzweck sowie im Detail auf die Prüfmöglichkeiten ein. Flankierend erklärt er anhand zahlreicher Messkurven Fehler und Fehlfunktionen. Ergänzt wird das Fachbuch durch zahlreiche Bilder von Sensoren und Schaltplänen.

Das Buch richtet sich an Auszubildende im Kfz-Handwerk, Kfz-Techniker, Kfz-Meister sowie Ingenieure des Fahrzeugbaus und alle, die beruf-lich mit dem Thema Sensoren im Kfz zu tun haben.

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5. erweiterte Auflage

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Leseprobe

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MotormanagementSensoren

Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop

5. erweiterte Auflage

Gerald Schneehage

Krafthand Medien GmbHBad Wörishofen

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MotormanagementSensoren

Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop

5. erweiterte Auflage

Gerald Schneehage

Krafthand Medien GmbHBad Wörishofen

Motormanagement_Sensoren_V.indb 3 16.04.2019 13:29:28

Leseprobe

KRAFTHAND Medien

Text und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Eine Verwertung ist ohne Einwilligung des Verlages unzulässig.

© Krafthand Medien GmbH

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Bibliografische Informationen der Deutschen BibliothekDie Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über https://portal.dnb.de abrufbar.

ISBN: 978-3-87441-174-5

5. erweiterte Auflage, Mai 2019

Autor: Gerald SchneehageRealisierung/Lektorat: Georg BlenkTitelgestaltung/Layout: Martin DörflerTitelbild: Gerald SchneehageBilder/Grafiken: Georg Blenk, Gerald Schneehage, VolkswagenDruck und buchbinderische Verarbeitung: Buchdruckerei Lustenau GmbHPrinted in Austria

Alle Rechte vorbehalten© Krafthand Medien GmbHWalter-Schulz-Straße 1 · 86825 Bad WörishofenTelefon 0 82 47/30 07-0 · Telefax 0 82 47/30 [email protected] · www.krafthand.de · www.krafthand-medien.deGeschäftsleitung: Gottfried Karpstein, Andreas Hohenleitner, Steffen Karpstein

Dieses Werk ist einschließlich aller seiner Teile urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne die Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeisung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen.

* Bild- und Grafikmaterial – insbesondere grafische Darstellungen –, welches nicht gesondert mit einem Quellverweis versehen ist, ist dem Autor Gerald Schneehage zuzuordnen.

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© Krafthand Medien GmbH 5

InhaltVorwort .......................................................................................................................................... 9

1. Diagnose ........................................................................................................................ 111.1 Sporadische und statische Fehler ................................................................................... 151.2 Fehlerspeichereinträge und ihre Bedeutung ................................................................ 171.3 Prüfnadel, Adapterleitungen, Breakout-Box ................................................................. 21

2. Hauptsteuergrößen ................................................................................................ 252.1 Induktivgeber .................................................................................................................... 272.2 Hallgeber ........................................................................................................................... 302.3 Optischer Drehzahlsensor ............................................................................................... 33

3. Lastsensoren ................................................................................................................ 373.1 α/n-Steuerung .................................................................................................................. 373.2 Luftmengenmesser .......................................................................................................... 383.3 Saugrohrdruckfühler ........................................................................................................ 413.4 Luftmassenmesser ............................................................................................................ 453.4.1 Hitzdraht- Luftmassenmesser ......................................................................................... 453.4.2 Heißfilm- Luftmassenmesser ........................................................................................... 473.4.3 Heißfilm-Luftmassenmesser mit Rückstromerkennung ............................................. 493.4.4 HFM7-Luftmassenmesser ............................................................................................... 513.5 Fahrpedalsensor/Diesel .................................................................................................. 543.6 Überprüfungen von Potenziometern und Fahrpedalsensoren ................................... 60

Exkurs: Korrekturgrößen ................................................................................................ 69

4. Temperatursensoren ............................................................................................... 694.1 Kühlmitteltemperatursensor ........................................................................................... 694.2 Ansauglufttemperatursensor/Ladelufttemperatursensor ........................................... 744.3 Abgastemperatursensor .................................................................................................. 774.4 Kraftstofftemperatursensor ............................................................................................ 804.5 AdBlue-Temperatursensor ............................................................................................ 81

5. Drucksensoren ........................................................................................................... 855.1 Kraftstoffdrucksensor ...................................................................................................... 855.2 Ladedrucksensor/Ladeluft temperatursensor ............................................................... 89

Inhalt

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ISBN: 978-3-87441-174-5

5. erweiterte Auflage, Mai 2019

Autor: Gerald SchneehageRealisierung/Lektorat: Georg BlenkTitelgestaltung/Layout: Martin DörflerTitelbild: Gerald SchneehageBilder/Grafiken: Georg Blenk, Gerald Schneehage, VolkswagenDruck und buchbinderische Verarbeitung: Buchdruckerei Lustenau GmbHPrinted in Austria

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* Bild- und Grafikmaterial – insbesondere grafische Darstellungen –, welches nicht gesondert mit einem Quellverweis versehen ist, ist dem Autor Gerald Schneehage zuzuordnen.

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InhaltVorwort .......................................................................................................................................... 9

1. Diagnose ........................................................................................................................ 111.1 Sporadische und statische Fehler ................................................................................... 151.2 Fehlerspeichereinträge und ihre Bedeutung ................................................................ 171.3 Prüfnadel, Adapterleitungen, Breakout-Box ................................................................. 21

2. Hauptsteuergrößen ................................................................................................ 252.1 Induktivgeber .................................................................................................................... 272.2 Hallgeber ........................................................................................................................... 302.3 Optischer Drehzahlsensor ............................................................................................... 33

3. Lastsensoren ................................................................................................................ 373.1 α/n-Steuerung .................................................................................................................. 373.2 Luftmengenmesser .......................................................................................................... 383.3 Saugrohrdruckfühler ........................................................................................................ 413.4 Luftmassenmesser ............................................................................................................ 453.4.1 Hitzdraht- Luftmassenmesser ......................................................................................... 453.4.2 Heißfilm- Luftmassenmesser ........................................................................................... 473.4.3 Heißfilm-Luftmassenmesser mit Rückstromerkennung ............................................. 493.4.4 HFM7-Luftmassenmesser ............................................................................................... 513.5 Fahrpedalsensor/Diesel .................................................................................................. 543.6 Überprüfungen von Potenziometern und Fahrpedalsensoren ................................... 60

Exkurs: Korrekturgrößen ................................................................................................ 69

4. Temperatursensoren ............................................................................................... 694.1 Kühlmitteltemperatursensor ........................................................................................... 694.2 Ansauglufttemperatursensor/Ladelufttemperatursensor ........................................... 744.3 Abgastemperatursensor .................................................................................................. 774.4 Kraftstofftemperatursensor ............................................................................................ 804.5 AdBlue-Temperatursensor ............................................................................................ 81

5. Drucksensoren ........................................................................................................... 855.1 Kraftstoffdrucksensor ...................................................................................................... 855.2 Ladedrucksensor/Ladeluft temperatursensor ............................................................... 89

Inhalt

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5.3 Atmosphärendrucksensor ............................................................................................... 915.4 Abgasdifferenzdrucksensor für Abgasrück führung beim Ottomotor ........................ 925.5 Abgasdifferenzdrucksensor beim Dieselmotor ............................................................. 945.6 Brennraumdrucksensor ................................................................................................... 975.7 AdBlue-Drucksensor ...................................................................................................... 100

6. Schalter mit Sensorfunktion ............................................................................ 1036.1 Bremspedalschalter (Bremspedalpositionssensor) .................................................... 1036.2 Kupplungspedal schalter (Kupplungs pedalpositionssensor)..................................... 1066.3 Leerlaufschalter/ Volllastschalter ................................................................................ 108

7. Positionssensoren ................................................................................................... 1137.1 Drosselklappenpotenziometer ...................................................................................... 1137.2 Positionsgeber Verstellwelle Axialverteilereinspritzpumpe ..................................... 1167.3 Positionssensor Ladedrucksteller ................................................................................ 1197.4 Positionssensor Abgasrückführventil .......................................................................... 1217.5 Nockenwellen- Positionssensor .................................................................................... 1237.6 Ladungsklappen- Positionssensor................................................................................. 1287.7 Abgasklappen-Positionssensor ..................................................................................... 129

8. O2-Sensoren ............................................................................................................... 1338.1 Lambdasonden (Übersicht) ........................................................................................... 1338.2 Zirkondioxid-Lambdasonde ......................................................................................... 1368.3 Titandioxid-Lambdasonde ............................................................................................ 1428.4 Breitband-Lambdasonde ............................................................................................... 1468.5 Lambdasonde nach Katalysator .................................................................................... 148

9. Klopfsensor ............................................................................................................... 151

10. Nadelbewegungsfühler ....................................................................................... 153

11. Geschwindigkeitssensor .................................................................................... 157

Der Autor ................................................................................................................................... 159

Inhalt

Prüfung & Reparatur von Fahrzeugelektronik

www.ecu.de

Kombiinstrumente

Motorsteuergeräte

Drosselklappen

Zündverteiler

ABS-/ESP- Steuergeräte

Hybridsteuergeräte

Pumpensteuergeräte

Zündschaltgeräte

Turbosteller

Getriebesteuergeräte

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Vorwort

Vorwort

Die vorliegende fünfte, erweiterte Auflage des Fachbuchs ,Motormanagement Senso-ren’ aus der Reihe Krafthand-Technik ist um zahlreiche Details aktualisiert und um die Kapitel AdBlue-Temperatursensor sowie AdBlue-Drucksensor erweitert wor-den. Das Buch liefert das notwendige Praxis wissen, welches im Profi- Umfeld für die Überprüfung von Sensoren als zentrale Bauteile in Otto- und Diesel- Motor mana-gementsystemen nötig ist.

Die Vorstellung und Überprüfung ein-zelner Sensoren ist aufgrund der funktio-nalen Deckungsgleichheit bei Diesel- und Ottomotoren in einem Kapitel zusammen-gefasst worden. Des Weiteren sind die Sensorfunktionen, Prüfanleitungen, Prüf-möglichkeiten und Sollwerte allgemein gehalten beziehungsweise unterliegen teilweise herstellerspezifischen Spezifika-tionen. Sie können von daher – auch was die Sollwerte betrifft – von einem Sensor

Vor dem Tausch: Sensorprüfung mit dem Oszilloskop.1

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Vorwort

Vorwort

Die vorliegende fünfte, erweiterte Auflage des Fachbuchs ,Motormanagement Senso-ren’ aus der Reihe Krafthand-Technik ist um zahlreiche Details aktualisiert und um die Kapitel AdBlue-Temperatursensor sowie AdBlue-Drucksensor erweitert wor-den. Das Buch liefert das notwendige Praxis wissen, welches im Profi- Umfeld für die Überprüfung von Sensoren als zentrale Bauteile in Otto- und Diesel- Motor mana-gementsystemen nötig ist.

Die Vorstellung und Überprüfung ein-zelner Sensoren ist aufgrund der funktio-nalen Deckungsgleichheit bei Diesel- und Ottomotoren in einem Kapitel zusammen-gefasst worden. Des Weiteren sind die Sensorfunktionen, Prüfanleitungen, Prüf-möglichkeiten und Sollwerte allgemein gehalten beziehungsweise unterliegen teilweise herstellerspezifischen Spezifika-tionen. Sie können von daher – auch was die Sollwerte betrifft – von einem Sensor

Vor dem Tausch: Sensorprüfung mit dem Oszilloskop.1

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Vorwort

mit gleicher Funktion, jedoch eines ande-ren Fabrikats, abweichen. Daher empfiehlt es sich, grundsätzlich herstellerspezifische Sollwerte aus Werkstattinformationssyste-men heranzuziehen. Stehen diese nicht zur Verfügung, können die im Buch vor-handenen Werte für die Erstdiagnose ge-nutzt werden.

Das vorliegende Buch hilft Ihnen, die Aufgabe des Sensors, die Sensorfunktion und die Zusammenhänge von einzelnen Sensorsignalen in Bezug auf das Motorma-nagementsystem zu verstehen sowie eine gezielte Prüfung des Sensors mit dem Oszilloskop durchzuführen.

Zur gezielten Diagnose ist eine Menge Fachwissen und Erfahrung vonnöten. Bei modernen Motormanagementsystemen ist ein Diagnosetester unumgänglich. Um dem Grund für einen Fehlereintrag im Fehler-speicher des Motorsteuergeräts nachzu-gehen und im Zweifel den Eintrag zu löschen, reicht ein Austausch des entspre-chenden Sensors oft nicht aus. Vor dem Tausch ist also eine Funktionsprüfung des Sensors sinnvoll.

Für die Funktionsprüfung ist sicherzu-stellen, dass der Sensor über eine ausrei-chende Spannungsversorgung verfügt. Liegt bereits in der Spannungsversorgung ein Fehler vor, ist eine einwandfreie Sen-sorfunktion von vorneherein nicht mög-lich, was zu einer Fehlfunktion des Sensors und damit zu Fehlfunktionen im Motor-management führen kann.

Die in diesem Buch genutzten Oszillo-skopeinstellungen können zur Erstsignal-aufnahme genutzt werden. Aufgrund

unterschiedlicher Spannungshöhen der Signalspannungen oder Versorgungsspan-nungen ist eventuell eine Korrektur der y-Achse (Spannungsachse) notwendig. Gegebenenfalls ist auch eine geringfügige Verlängerung oder Verkürzung der x-Ach-se (Zeitachse) erforderlich.

Mein herzlicher Dank für die Unter-stützung gilt dem Förderungs- und Bildungszentrum der Handwerkskammer Hannover.

Von ganzem Herzen danke ich auch meiner Frau Katrin für ihre Unterstützung und ihr Verständnis.

Mein ausdrücklicher Dank gilt Herrn Georg Blenk von der Krafthand Medien GmbH. Ohne ihn wäre die Erstellung die-ses Buches nicht möglich gewesen.

Ich wünsche Ihnen nun sehr viel Er- folg bei der Fehlersuche beziehungsweise viel Erkenntnisgewinn bei der Lektüre.

Gerald Schneehage, im April 2019

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Motormanagement Sensoren 2

2. Hauptsteuergrößen

Zur Berechnung der Grundeinspritzmen-gen benötigen die Benzin- und Dieselein-spritzsysteme die Istwerte der Hauptsteuer- größen Motordrehzahl und Motorlast beziehungsweise die entsprechenden Sen-sorsignale. Des Weiteren dienen diese Hauptsteuergrößen zur Berechnung des Grundzündwinkels bei Ottomotor-Manage-mentsystemen und des Spritzbeginns bei Dieselmotor-Managementsystemen.

Motordrehzahl

Die Motordrehzahl wird aus dem Signal des Drehzahl- und Bezugsmarkengebers abge-

Lasterfassung – Ottomotor-Manage-mentsysteme

Zur Erfassung der Motorlast dient der so-genannte Lastsensor. Dabei können unter-schiedliche Sensorvarianten eingesetzt werden: Drosselklappen-Potenziometer: (α/n-Steuerung), Ermittlung der Motorlast aus Motordrehzahl und Drosselklappen- Öffnungswinkel. Dabei handelt es sich um eine theoretisch angesaugte Luftmenge, da Störeinflüsse wie Undichtigkeiten im An-saugsystem oder Kompressionsverluste nicht berücksichtigt werden können.

leitet. Dieser ist meist als Induktivgeber oder Hall-geber ausgeführt. Einige wenige Automobilher-steller wie zum Beispiel Nissan haben in den Neunziger Jahren auch optische Drehzahlsen-soren eingesetzt, diese wurden dann meist in den Zündverteiler inte- griert.

Ableitung der Motordrehzahl: Induktiver Drehzahl- und Bezugsmarkengeber.

2.1

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Vorwort

mit gleicher Funktion, jedoch eines ande-ren Fabrikats, abweichen. Daher empfiehlt es sich, grundsätzlich herstellerspezifische Sollwerte aus Werkstattinformationssyste-men heranzuziehen. Stehen diese nicht zur Verfügung, können die im Buch vor-handenen Werte für die Erstdiagnose ge-nutzt werden.

Das vorliegende Buch hilft Ihnen, die Aufgabe des Sensors, die Sensorfunktion und die Zusammenhänge von einzelnen Sensorsignalen in Bezug auf das Motorma-nagementsystem zu verstehen sowie eine gezielte Prüfung des Sensors mit dem Oszilloskop durchzuführen.

Zur gezielten Diagnose ist eine Menge Fachwissen und Erfahrung vonnöten. Bei modernen Motormanagementsystemen ist ein Diagnosetester unumgänglich. Um dem Grund für einen Fehlereintrag im Fehler-speicher des Motorsteuergeräts nachzu-gehen und im Zweifel den Eintrag zu löschen, reicht ein Austausch des entspre-chenden Sensors oft nicht aus. Vor dem Tausch ist also eine Funktionsprüfung des Sensors sinnvoll.

Für die Funktionsprüfung ist sicherzu-stellen, dass der Sensor über eine ausrei-chende Spannungsversorgung verfügt. Liegt bereits in der Spannungsversorgung ein Fehler vor, ist eine einwandfreie Sen-sorfunktion von vorneherein nicht mög-lich, was zu einer Fehlfunktion des Sensors und damit zu Fehlfunktionen im Motor-management führen kann.

Die in diesem Buch genutzten Oszillo-skopeinstellungen können zur Erstsignal-aufnahme genutzt werden. Aufgrund

unterschiedlicher Spannungshöhen der Signalspannungen oder Versorgungsspan-nungen ist eventuell eine Korrektur der y-Achse (Spannungsachse) notwendig. Gegebenenfalls ist auch eine geringfügige Verlängerung oder Verkürzung der x-Ach-se (Zeitachse) erforderlich.

Mein herzlicher Dank für die Unter-stützung gilt dem Förderungs- und Bildungszentrum der Handwerkskammer Hannover.

Von ganzem Herzen danke ich auch meiner Frau Katrin für ihre Unterstützung und ihr Verständnis.

Mein ausdrücklicher Dank gilt Herrn Georg Blenk von der Krafthand Medien GmbH. Ohne ihn wäre die Erstellung die-ses Buches nicht möglich gewesen.

Ich wünsche Ihnen nun sehr viel Er- folg bei der Fehlersuche beziehungsweise viel Erkenntnisgewinn bei der Lektüre.

Gerald Schneehage, im April 2019

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Motormanagement Sensoren 2

2. Hauptsteuergrößen

Zur Berechnung der Grundeinspritzmen-gen benötigen die Benzin- und Dieselein-spritzsysteme die Istwerte der Hauptsteuer- größen Motordrehzahl und Motorlast beziehungsweise die entsprechenden Sen-sorsignale. Des Weiteren dienen diese Hauptsteuergrößen zur Berechnung des Grundzündwinkels bei Ottomotor-Manage-mentsystemen und des Spritzbeginns bei Dieselmotor-Managementsystemen.

Motordrehzahl

Die Motordrehzahl wird aus dem Signal des Drehzahl- und Bezugsmarkengebers abge-

Lasterfassung – Ottomotor-Manage-mentsysteme

Zur Erfassung der Motorlast dient der so-genannte Lastsensor. Dabei können unter-schiedliche Sensorvarianten eingesetzt werden: Drosselklappen-Potenziometer: (α/n-Steuerung), Ermittlung der Motorlast aus Motordrehzahl und Drosselklappen- Öffnungswinkel. Dabei handelt es sich um eine theoretisch angesaugte Luftmenge, da Störeinflüsse wie Undichtigkeiten im An-saugsystem oder Kompressionsverluste nicht berücksichtigt werden können.

leitet. Dieser ist meist als Induktivgeber oder Hall-geber ausgeführt. Einige wenige Automobilher-steller wie zum Beispiel Nissan haben in den Neunziger Jahren auch optische Drehzahlsen-soren eingesetzt, diese wurden dann meist in den Zündverteiler inte- griert.

Ableitung der Motordrehzahl: Induktiver Drehzahl- und Bezugsmarkengeber.

2.1

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2 Hauptsteuergrößen

Drehzahlsignal / 2 Bezugsmarken (Dieselmotor): Signal des Nocken-wellenpositions- sensors.

• Luftmengenmesser: Ermittlung mit Hilfe einer durch den Ansaugluftstrom betätigten Stauklappe, die ein Potenzio-meter betätigt, über dessen Signalspan-nung die angesaugte Luftmenge erfasst wird.

• Saugrohrdruckfühler: Ermittlung der angesaugten Luftmenge in Abhängigkeit des Saugrohrdrucks unter Berücksichti-gung von Undichtigkeiten im Ansaug- system und Kompressionsverlusten, da dies auch zu Druckänderungen im An-saugsystem führen würde.

• Luftmassenmesser: Dabei handelt es sich um die genauste Ermittlung der Mo-torlast. In diesem Fall wird nicht nur die Luftmenge, sondern auch die Dichte der Luft berücksichtigt, was bei der Luftmas-

senmessung mit Rückstromerkennung zu einer Messgenauigkeit von +/– 0,5 Prozent führen kann. Störeinflüsse wie Falschluft und Kompressionsverluste könnten bei zu hohen Abweichungen über eine Plausibilitätsprüfung mittels der α/n-Steuerung erkannt werden.

Lasterfassung – Dieselmotor- Managementsysteme

Die Lasterfassung erfolgt beim Dieselmo-tor-Management mittels Fahrpedalsensor. Aus dessen Stellung wird die Drehzahl und die Drehmomentanforderung des Fahrers abgeleitet, über den Fahrpedalsensor er-fasst und in Form eines Spannungssignals an das Motorsteuergerät weitergeleitet.

2.2

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Motormanagement Sensoren 2

Bezugsmarkensignal

Das Bezugsmarkensignal des Drehzahl- und Bezugsmarkengebers dient zur Erfassung der Kurbelwellenposition und in Verbin-dung mit dem Nockenwellen-Positionsgeber zur Zylindererkennung. Die Bezugsmarke ist der Rechenbeginn für das Motorsteuer-gerät zur Berechnung des Zündwinkels bei Ottomotor-Managementsystemen und zur Berechnung des Spritzbeginns bei Diesel-motor-Managementsystemen.

Des Weiteren kann bei Motormanage-mentsystemen mit variabler Nocken- wellenverstellung mittels der Signale Drehzahl- und Bezugsmarkengeber und Nockenwellen-Positionssensor die Nocken- wellenverstellung erfasst werden.

Das Inkrementalrad der Kurbelwelle kann mit einer oder mit zwei Bezugs- marken ausgeführt sein.

Bei modernen Dieselmotor-Manage-mentsystemen kommen häufig Drehzahl- und Bezugsmarkengeber mit zwei Bezugs-marken zum Einsatz.

2.1 Induktivgeber

Ein sogenannter Induktivgeber besteht aus einem Dauermagneten, einem Weich- eisenkern, der Geberwicklung und einem ferromagnetischen Impulsrad, welches einen Luftspalt zum Weicheisenkern auf-weist.

Das Magnetfeld des Dauermagneten erstreckt sich über den Weicheisenkern und den Luftspalt bis in das Impulsrad.

Durch den unterschiedlichen Zahnab-stand des Impulsrades zum Weicheisen-kern ändert sich beim Drehen des Impuls-rades ständig die Magnetfeldstärke im Weicheisenkern. In die Geberwicklung, die den Weicheisenkern umgibt, wird eine Wechselspannung induziert.

Prüfmöglichkeiten von Induktivgebern

Mit dem Oszilloskop wird die Signalspan-nung aufgenommen. Bei vielen Herstel-lern muss die Signalspannung (auch Am- plitudenspannung genannt) beim Starten größer als 0,5 V sein und bei Leerlaufdreh-zahl größer als 2 V. Mit zunehmender Mo-tordrehzahl steigt die Signalspannung und die Signalfrequenz.

Der Messbereich des Oszilloskops der x-Achse ist so einzustellen, dass wie in Bild 2.5 oder 2.8 das Signal von mindestens zwei kompletten Kurbelwellenumdrehun-gen zu sehen ist. Auch die Spannungs-achse (y-Achse) entsprechend einstellen,

Prinzip: Drehzahl-/Bezugsmarkengeber.2.3

Induktivgeber

Inkrementalrad

Bezugsmarke

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2 Hauptsteuergrößen

Drehzahlsignal / 2 Bezugsmarken (Dieselmotor): Signal des Nocken-wellenpositions- sensors.

• Luftmengenmesser: Ermittlung mit Hilfe einer durch den Ansaugluftstrom betätigten Stauklappe, die ein Potenzio-meter betätigt, über dessen Signalspan-nung die angesaugte Luftmenge erfasst wird.

• Saugrohrdruckfühler: Ermittlung der angesaugten Luftmenge in Abhängigkeit des Saugrohrdrucks unter Berücksichti-gung von Undichtigkeiten im Ansaug- system und Kompressionsverlusten, da dies auch zu Druckänderungen im An-saugsystem führen würde.

• Luftmassenmesser: Dabei handelt es sich um die genauste Ermittlung der Mo-torlast. In diesem Fall wird nicht nur die Luftmenge, sondern auch die Dichte der Luft berücksichtigt, was bei der Luftmas-

senmessung mit Rückstromerkennung zu einer Messgenauigkeit von +/– 0,5 Prozent führen kann. Störeinflüsse wie Falschluft und Kompressionsverluste könnten bei zu hohen Abweichungen über eine Plausibilitätsprüfung mittels der α/n-Steuerung erkannt werden.

Lasterfassung – Dieselmotor- Managementsysteme

Die Lasterfassung erfolgt beim Dieselmo-tor-Management mittels Fahrpedalsensor. Aus dessen Stellung wird die Drehzahl und die Drehmomentanforderung des Fahrers abgeleitet, über den Fahrpedalsensor er-fasst und in Form eines Spannungssignals an das Motorsteuergerät weitergeleitet.

2.2

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Motormanagement Sensoren 2

Bezugsmarkensignal

Das Bezugsmarkensignal des Drehzahl- und Bezugsmarkengebers dient zur Erfassung der Kurbelwellenposition und in Verbin-dung mit dem Nockenwellen-Positionsgeber zur Zylindererkennung. Die Bezugsmarke ist der Rechenbeginn für das Motorsteuer-gerät zur Berechnung des Zündwinkels bei Ottomotor-Managementsystemen und zur Berechnung des Spritzbeginns bei Diesel-motor-Managementsystemen.

Des Weiteren kann bei Motormanage-mentsystemen mit variabler Nocken- wellenverstellung mittels der Signale Drehzahl- und Bezugsmarkengeber und Nockenwellen-Positionssensor die Nocken- wellenverstellung erfasst werden.

Das Inkrementalrad der Kurbelwelle kann mit einer oder mit zwei Bezugs- marken ausgeführt sein.

Bei modernen Dieselmotor-Manage-mentsystemen kommen häufig Drehzahl- und Bezugsmarkengeber mit zwei Bezugs-marken zum Einsatz.

2.1 Induktivgeber

Ein sogenannter Induktivgeber besteht aus einem Dauermagneten, einem Weich- eisenkern, der Geberwicklung und einem ferromagnetischen Impulsrad, welches einen Luftspalt zum Weicheisenkern auf-weist.

Das Magnetfeld des Dauermagneten erstreckt sich über den Weicheisenkern und den Luftspalt bis in das Impulsrad.

Durch den unterschiedlichen Zahnab-stand des Impulsrades zum Weicheisen-kern ändert sich beim Drehen des Impuls-rades ständig die Magnetfeldstärke im Weicheisenkern. In die Geberwicklung, die den Weicheisenkern umgibt, wird eine Wechselspannung induziert.

Prüfmöglichkeiten von Induktivgebern

Mit dem Oszilloskop wird die Signalspan-nung aufgenommen. Bei vielen Herstel-lern muss die Signalspannung (auch Am- plitudenspannung genannt) beim Starten größer als 0,5 V sein und bei Leerlaufdreh-zahl größer als 2 V. Mit zunehmender Mo-tordrehzahl steigt die Signalspannung und die Signalfrequenz.

Der Messbereich des Oszilloskops der x-Achse ist so einzustellen, dass wie in Bild 2.5 oder 2.8 das Signal von mindestens zwei kompletten Kurbelwellenumdrehun-gen zu sehen ist. Auch die Spannungs-achse (y-Achse) entsprechend einstellen,

Prinzip: Drehzahl-/Bezugsmarkengeber.2.3

Induktivgeber

Inkrementalrad

Bezugsmarke

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2 Hauptsteuergrößen

Periodendauer

Drehzahlsignal

Amplitudenspannung

Drehzahlsignal (VW Diesel 1Z): Aus der Perioden-dauer des Dreh-zahlsignals ermittelt das Motorsteuergerät die Motordreh-zahl. Die Ampli- tudenspannung sollte im Leerlauf mindestens 2 V betragen.

2.4

Ford N9A: Signal des induktiven Drehzahlgebers (Bezugsmarken- geber).

2.5

Bezugsmarkensignal

Drehzahlsignal360° Kurbelwellenwinkel

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Motormanagement Sensoren 2

sodass die Signalspannung komplett sicht-bar ist. Während der Signalverlauf aufge-nommen wird, sollte das Signal auf etwaige Störungen wie Ungleichmäßigkeiten im Signalverlauf oder unterschiedliche Span-nungsspitzen überprüft werden. Unter-schiedliche Messwerte können beispiels-weise durch Unrundheit des Impulsrades entstehen und durch die Bezugsmarke zu-stande kommen. Dies ist bei einigen Her-stellern normal. Maximal zulässige Abwei-chungen der Signalspannungswerte sind ebenfalls zu beachten. 20 – 30 Prozent sind bei zahlreichen Herstellern in der Tole-ranz. Weitere mögliche Ursachen für un-plausible Messwerte ist ein Windungs-schluss oder eine Unterbrechung der Geberwicklung am Sensor, die Verschmut-zung des Induktivgebers oder des Geber-

rades sowie ein falscher Abstand zwischen Geberrad und Induktivgeber beziehungs-weise ein beschädigtes Geberrad.

Zugängliche Klemmen 15 und 1: Für die Darstellung des Kurbelwellensignals auf 720° Kurbelwellenwinkel.

2.7

Smart CDI: Induk- tives Drehzahl- und Bezugsmarken- gebersignal an der Kurbelwelle.

2.6

Klemme 15

Klemme 1

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2 Hauptsteuergrößen

Periodendauer

Drehzahlsignal

Amplitudenspannung

Drehzahlsignal (VW Diesel 1Z): Aus der Perioden-dauer des Dreh-zahlsignals ermittelt das Motorsteuergerät die Motordreh-zahl. Die Ampli- tudenspannung sollte im Leerlauf mindestens 2 V betragen.

2.4

Ford N9A: Signal des induktiven Drehzahlgebers (Bezugsmarken- geber).

2.5

Bezugsmarkensignal

Drehzahlsignal360° Kurbelwellenwinkel

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Motormanagement Sensoren 2

sodass die Signalspannung komplett sicht-bar ist. Während der Signalverlauf aufge-nommen wird, sollte das Signal auf etwaige Störungen wie Ungleichmäßigkeiten im Signalverlauf oder unterschiedliche Span-nungsspitzen überprüft werden. Unter-schiedliche Messwerte können beispiels-weise durch Unrundheit des Impulsrades entstehen und durch die Bezugsmarke zu-stande kommen. Dies ist bei einigen Her-stellern normal. Maximal zulässige Abwei-chungen der Signalspannungswerte sind ebenfalls zu beachten. 20 – 30 Prozent sind bei zahlreichen Herstellern in der Tole-ranz. Weitere mögliche Ursachen für un-plausible Messwerte ist ein Windungs-schluss oder eine Unterbrechung der Geberwicklung am Sensor, die Verschmut-zung des Induktivgebers oder des Geber-

rades sowie ein falscher Abstand zwischen Geberrad und Induktivgeber beziehungs-weise ein beschädigtes Geberrad.

Zugängliche Klemmen 15 und 1: Für die Darstellung des Kurbelwellensignals auf 720° Kurbelwellenwinkel.

2.7

Smart CDI: Induk- tives Drehzahl- und Bezugsmarken- gebersignal an der Kurbelwelle.

2.6

Klemme 15

Klemme 1

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2 Hauptsteuergrößen

Klemme 15 und 1

Sind beim Zündsystem die Klemmen 15 und 1 der Zündspule zugänglich (Bild 2.7, Seite 29), kann das Signal in Bezug zur Kurbelwelle mit dem Oszilloskop darge-stellt werden. Hierzu bitte die Klemmen 15 und 1 am Zündsystem anklemmen. Mes-sen Sie nun das Spannungssignal von der Signalleitung Drehzahl- und Bezugsmar-kengeber gegen Signalmasse beziehungs-weise Motormasse.

Sind die Klemmen 15 und 1 des Zünd-systems nicht zugänglich, nehmen Sie den Signalverlauf in der Zeitachse nach Mög-lichkeit so auf, dass zwei Kurbelwellenum-drehungen sichtbar sind (gegebenenfalls

Hilfssignal im Kanal 2 darstellen, welches alle 720° beziehungsweise 360° Kurbelwel-lenwinkel entsteht, Bild 2.8).

2.2 Hallgeber

Ein Hallgeber besteht aus einer Halblei-terschicht, einem Dauermagneten und einer sogenannten Auswertschaltung (Verstär-kerschaltung). Wird die von einem Strom durchflossene Halbleiterschicht von einem Magnetfeld beeinflusst, so tritt der Hall- effekt ein. Die entstehende Hallspannung wird mittels Verstärkerschaltung zur Schaltung eines Transistors genutzt, wo-durch die vom Motorsteuergerät anliegen-de Signalspannung geschaltet wird.

720° Kurbelwellenwinkel

VW Golf AFN: Spannungsverlauf des Induktiv- gebers mit Hilfs- signal, Drehzahl- und Bezugsmar-kengeber und Nadelbewegungs-fühler.

2.8

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Motormanagement Sensoren 2

Hallgeber: Hier ein Nockenwellensensor.

2.9

5 oder 12 V: Anschlussplan eines Hallgebers.

2.10

Steuergerät

5 /12 V 0 –

CH1

CH2

Keine Widerstandsmessung am Hallgeber durchführen, dies kann zur Zerstörung

des Bauteils führen!!!

!

Prüfmöglichkeiten von Hallgebern Mit dem Oszilloskop (CH1, y-Achse) wird die Spannungsversorgung (5 V oder 12 V) geprüft. Die Einstellung der x-Achse sollte so gewählt werden, dass mindestens zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°) dar-stellbar sind (zum Beispiel 200 Millisekun-den bei Leerlaufdrehzahl). Dabei ist auf den Signalverlauf und eventuelle Störun-gen zu achten.

Mögliche Ursachen für unplausible Messwerte in Bezug auf Hallgeber sind eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss in der Spannungsversorgung beziehungsweise in der Signalleitung sowie die Unterbrechung der Minusleitung. Zusätzlich gehören Über-

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2 Hauptsteuergrößen

Klemme 15 und 1

Sind beim Zündsystem die Klemmen 15 und 1 der Zündspule zugänglich (Bild 2.7, Seite 29), kann das Signal in Bezug zur Kurbelwelle mit dem Oszilloskop darge-stellt werden. Hierzu bitte die Klemmen 15 und 1 am Zündsystem anklemmen. Mes-sen Sie nun das Spannungssignal von der Signalleitung Drehzahl- und Bezugsmar-kengeber gegen Signalmasse beziehungs-weise Motormasse.

Sind die Klemmen 15 und 1 des Zünd-systems nicht zugänglich, nehmen Sie den Signalverlauf in der Zeitachse nach Mög-lichkeit so auf, dass zwei Kurbelwellenum-drehungen sichtbar sind (gegebenenfalls

Hilfssignal im Kanal 2 darstellen, welches alle 720° beziehungsweise 360° Kurbelwel-lenwinkel entsteht, Bild 2.8).

2.2 Hallgeber

Ein Hallgeber besteht aus einer Halblei-terschicht, einem Dauermagneten und einer sogenannten Auswertschaltung (Verstär-kerschaltung). Wird die von einem Strom durchflossene Halbleiterschicht von einem Magnetfeld beeinflusst, so tritt der Hall- effekt ein. Die entstehende Hallspannung wird mittels Verstärkerschaltung zur Schaltung eines Transistors genutzt, wo-durch die vom Motorsteuergerät anliegen-de Signalspannung geschaltet wird.

720° Kurbelwellenwinkel

VW Golf AFN: Spannungsverlauf des Induktiv- gebers mit Hilfs- signal, Drehzahl- und Bezugsmar-kengeber und Nadelbewegungs-fühler.

2.8

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Motormanagement Sensoren 2

Hallgeber: Hier ein Nockenwellensensor.

2.9

5 oder 12 V: Anschlussplan eines Hallgebers.

2.10

Steuergerät

5 /12 V 0 –

CH1

CH2

Keine Widerstandsmessung am Hallgeber durchführen, dies kann zur Zerstörung

des Bauteils führen!!!

!

Prüfmöglichkeiten von Hallgebern Mit dem Oszilloskop (CH1, y-Achse) wird die Spannungsversorgung (5 V oder 12 V) geprüft. Die Einstellung der x-Achse sollte so gewählt werden, dass mindestens zwei Kurbelwellenumdrehungen (720°) dar-stellbar sind (zum Beispiel 200 Millisekun-den bei Leerlaufdrehzahl). Dabei ist auf den Signalverlauf und eventuelle Störun-gen zu achten.

Mögliche Ursachen für unplausible Messwerte in Bezug auf Hallgeber sind eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss in der Spannungsversorgung beziehungsweise in der Signalleitung sowie die Unterbrechung der Minusleitung. Zusätzlich gehören Über-

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2 Hauptsteuergrößen

Drehzahlsignal Bezugsmarkensignal

Signalbild: Spannungsversor-gung CH1, Signal Kurbelwellengeber CH2.

2.11

Volkswagen 1,6 l FSI BAG: CH1: Signalspan-nung Drehzahl- und Be-zugsmarkengeber, CH2: Stromverlauf an der Einzelfunkenzündspule, Zylinder 1. Von der Ansteuerung der Zünd-spule bis zur erneuten Ansteuerung der Zündspule des ersten Zylinders = 720° Kurbel-wellenwinkel (Pfeil).

2.12

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Motormanagement Sensoren 2

gangswiderstände an den Steckverbindun-gen oder an den Leitungen zu möglichen Fehlerquellen. Ist der Hallgeber defekt, so ist kein Signalverlauf 5 V / 0 V oder 12 V / 0 V auf der Signalleitung feststellbar.

In den meisten Fällen liegt bei einem Defekt auf der Signalleitung permanent 0 V an, durch Trennen der Steckverbin-dung des Hallgebers steigt nun steuergerä-teseitig gemessen die Signalspannung auf 5 V beziehungsweise 12 V (je nach Signal-spannungsversorgung vom Steuergerät).

Wenn die Klemmen 15 und 1 am Zünd-system zugänglich sind, ist eine Darstel- lung auf 720° Kurbelwellenwinkel möglich. Sind die Klemmen 15 und 1 des Zündsys- tems nicht zugänglich oder handelt es sich um einen Dieselmotor, ist ein Hilfssignal

zu verwenden, das alle 360° beziehungs-weise 720° Kurbelwellenwinkel abdeckt.

2.3 Optischer Drehzahlsensor

Der optische Drehzahlsensor besteht aus Leuchtdioden, Fotodioden und aus einer Lochscheibe. Die als Lichtsender einge-setzten Leuchtdioden geben ein Infrarot-licht ab, das von den Fotodioden als Emp-fänger in Abhängigkeit der Position der Lochscheibe empfangen oder auch nicht empfangen werden kann.

Durch eine innere Auswertschaltung wird in Abhängigkeit der Fotodioden das Lichtsignal in ein Rechteckspannungssig-nal umgewandelt und an das Steuergerät weitergeleitet.

Drehzahl/Bezugsmarke: CH1: Signal Drehzahl- und Bezugsmarken- geber, CH2: Signal des Nockenwellenpositions-sensors im Bezug zur Kurbelwelle.

2.13

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2 Hauptsteuergrößen

Drehzahlsignal Bezugsmarkensignal

Signalbild: Spannungsversor-gung CH1, Signal Kurbelwellengeber CH2.

2.11

Volkswagen 1,6 l FSI BAG: CH1: Signalspan-nung Drehzahl- und Be-zugsmarkengeber, CH2: Stromverlauf an der Einzelfunkenzündspule, Zylinder 1. Von der Ansteuerung der Zünd-spule bis zur erneuten Ansteuerung der Zündspule des ersten Zylinders = 720° Kurbel-wellenwinkel (Pfeil).

2.12

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Motormanagement Sensoren 2

gangswiderstände an den Steckverbindun-gen oder an den Leitungen zu möglichen Fehlerquellen. Ist der Hallgeber defekt, so ist kein Signalverlauf 5 V / 0 V oder 12 V / 0 V auf der Signalleitung feststellbar.

In den meisten Fällen liegt bei einem Defekt auf der Signalleitung permanent 0 V an, durch Trennen der Steckverbin-dung des Hallgebers steigt nun steuergerä-teseitig gemessen die Signalspannung auf 5 V beziehungsweise 12 V (je nach Signal-spannungsversorgung vom Steuergerät).

Wenn die Klemmen 15 und 1 am Zünd-system zugänglich sind, ist eine Darstel- lung auf 720° Kurbelwellenwinkel möglich. Sind die Klemmen 15 und 1 des Zündsys- tems nicht zugänglich oder handelt es sich um einen Dieselmotor, ist ein Hilfssignal

zu verwenden, das alle 360° beziehungs-weise 720° Kurbelwellenwinkel abdeckt.

2.3 Optischer Drehzahlsensor

Der optische Drehzahlsensor besteht aus Leuchtdioden, Fotodioden und aus einer Lochscheibe. Die als Lichtsender einge-setzten Leuchtdioden geben ein Infrarot-licht ab, das von den Fotodioden als Emp-fänger in Abhängigkeit der Position der Lochscheibe empfangen oder auch nicht empfangen werden kann.

Durch eine innere Auswertschaltung wird in Abhängigkeit der Fotodioden das Lichtsignal in ein Rechteckspannungssig-nal umgewandelt und an das Steuergerät weitergeleitet.

Drehzahl/Bezugsmarke: CH1: Signal Drehzahl- und Bezugsmarken- geber, CH2: Signal des Nockenwellenpositions-sensors im Bezug zur Kurbelwelle.

2.13

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2 Hauptsteuergrößen

Innenansichten: Optischer Drehzahlsensor.

Prüfmöglichkeiten von optischen Drehzahlsensoren

Mit Hilfe eines Oszilloskops/Diagnose- testers wird die Spannungsversorgung überprüft. Am Oszilloskop wird der Mess-bereich der y-Achse je nach Signalspan-nungshöhe auf 12 V oder 5 V eingestellt. Die x-Achse ist so einzustellen, dass min-destens zwei Kurbelwellenumdrehungen zu sehen sind (ca. 200 Millisekunden bei Leerlaufdrehzahl). Beobachten Sie den Signalverlauf beziehungsweise achten Sie auf eventuelle Signalstörungen.

Mögliche Fehlerursachen bei optischen Drehzahlsensoren sind eine Unterbre-chung, ein Kurzschluss der Spannungs- versorgung oder Signalleitung, bezie-hungsweise eine Unterbrechung der

Minusleitung. Zu-sätzlich Übergangs-widerstände an den Steckverbindungen oder Leitungen, Verschmutzung der Leuchtdioden, Fo-todioden oder der Lochscheibe oder ein Defekt des Sen-sors.

Lochscheibe

Sensorelement

2.14

Steuergerät

5 /12 V 0 –

CH1

CH2

Anschlussplan: Optischer Drehzahlsensor zum Steuergerät.

2.15

Motormanagement_Sensoren_V.indb 34 16.04.2019 13:29:40

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Motormanagement Sensoren 2

Signalverlauf optischer Dreh-zahlsensor: CH1: Versorgungs-spannung opti-scher Drehzahl und Bezugsmar-kengeber, CH2: Signalspan-nung optischer Drehzahl und Bezugsmarken-geber von Hand angetrieben.

2.16

Je nach Ausführung kann der optische Drehzahlsensor auch über zwei Signalaus-

gänge verfügen. In diesem Fall wird ein Signal als Drehzahl-signal und das zweite Signal als Bezugsmarkensignal vom Motor-steuergerät genutzt.

!

Motormanagement_Sensoren_V.indb 35 16.04.2019 13:29:41

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Motormanagement Sensoren 2

Signalverlauf optischer Dreh-zahlsensor: CH1: Versorgungs-spannung opti-scher Drehzahl und Bezugsmar-kengeber, CH2: Signalspan-nung optischer Drehzahl und Bezugsmarken-geber von Hand angetrieben.

2.16

Je nach Ausführung kann der optische Drehzahlsensor auch über zwei Signalaus-

gänge verfügen. In diesem Fall wird ein Signal als Drehzahl-signal und das zweite Signal als Bezugsmarkensignal vom Motor-steuergerät genutzt.

!

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Motormanagement Sensoren 4

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4. Temperatursensoren

Volkswagen: Kühlmitteltemperatursensor.4.1

Exkurs: Korrekturgrößen Als Korrekturgrößen, die in den nachfolgenden Kapiteln behandelt werden, be-zeichnet man beispielsweise Temperatur-, Druck-, O2- und andere Zustandssignale in deren Abhängigkeit zum Beispiel die Grundeinspritzmenge, der Grundzündwin-kel oder auch der Grundeinspritzbeginn korrigiert wird. Beispielsweise verschiebt sich beim Dieselmotormanagement in Abhängigkeit der Motortemperatur der Spritzbeginn in Richtung früh vor OT. Mit zunehmender Motortemperatur wird nun der Spritzbeginn in Richtung spät vor OT verstellt, da mit zunehmender Motor- temperatur der Zündverzug geringer wird.

Ein weiteres Beispiel für eine Korrekturgröße ist das Signal der Lambdasonde. In Abhängigkeit des Restsauerstoffanteils, der von der Lambdasonde im Abgas gemessen wird, wird die Benzineinspritzmenge korrigiert.

4.1 Kühlmitteltemperatursensor

Der Kühlmitteltemperatursensor dient zur Erfassung der Motortemperatur. Er ist als Halbleiterelement ausgeführt, welches in Abhängigkeit der Temperatur seinen Wi-derstand ändert (NTC, negativer Tempera-turkoeffizient). NTC-Widerstände werden auch als Heißleiter bezeichnet, weil ihre Leitfähigkeit mit zunehmender Tempera-tur steigt beziehungsweise der Widerstand sinkt.

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Motormanagement Sensoren 4

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4. Temperatursensoren

Volkswagen: Kühlmitteltemperatursensor.4.1

Exkurs: Korrekturgrößen Als Korrekturgrößen, die in den nachfolgenden Kapiteln behandelt werden, be-zeichnet man beispielsweise Temperatur-, Druck-, O2- und andere Zustandssignale in deren Abhängigkeit zum Beispiel die Grundeinspritzmenge, der Grundzündwin-kel oder auch der Grundeinspritzbeginn korrigiert wird. Beispielsweise verschiebt sich beim Dieselmotormanagement in Abhängigkeit der Motortemperatur der Spritzbeginn in Richtung früh vor OT. Mit zunehmender Motortemperatur wird nun der Spritzbeginn in Richtung spät vor OT verstellt, da mit zunehmender Motor- temperatur der Zündverzug geringer wird.

Ein weiteres Beispiel für eine Korrekturgröße ist das Signal der Lambdasonde. In Abhängigkeit des Restsauerstoffanteils, der von der Lambdasonde im Abgas gemessen wird, wird die Benzineinspritzmenge korrigiert.

4.1 Kühlmitteltemperatursensor

Der Kühlmitteltemperatursensor dient zur Erfassung der Motortemperatur. Er ist als Halbleiterelement ausgeführt, welches in Abhängigkeit der Temperatur seinen Wi-derstand ändert (NTC, negativer Tempera-turkoeffizient). NTC-Widerstände werden auch als Heißleiter bezeichnet, weil ihre Leitfähigkeit mit zunehmender Tempera-tur steigt beziehungsweise der Widerstand sinkt.

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4 Temperatursensoren

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Ottomotormanagement

Die Kühlmitteltemperatur hat Auswirkungen auf das Einspritz- und Zündkenn-feld. Je kälter der Motor ist, umso höher muss die Kraft-stoffeinspritzmenge sein, da ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes nicht an der Verbrennung teilnimmt, sondern an den Zylinder-wänden kondensiert. Durch die Erhöhung der Einspritz-menge wird gewährleistet, dass sich im Brennraum im-mer ein zündfähiges Kraft-stoffluftgemisch befindet. Des Weiteren wird bei vielen Motormanagementsystemen das Kühlgebläse vom Motor-steuergerät in Abhängigkeit der Kühlmit-teltemperatur gesteuert. Beim Ausfall des Sensors greift das Motorsteuergerät auf ei-nen Ersatzwert zurück. Dies kann zum Beispiel ein im Motorsteuergerät fest hin-terlegter Wert sein. Außerdem wird das Kühlgebläse in diesem Fall permanent vom Motorsteuergerät angesteuert. Der Zündzeitpunkt wird in Abhängigkeit der Motortemperatur in Richtung früh ver-stellt. Bei einem kalten Motor findet die Zündauslösung deutlich später vor dem oberen Totpunkt statt, wodurch die Ver-brennungstemperatur deutlich stärker an den Zylinderwandungen wirken kann. Hierdurch erreicht der Motor deutlich schneller seine Betriebstemperatur, was zu

4,5 V12 kΩ

10 kΩ

8 kΩ

6 kΩ

4 kΩ

2 kΩ

0 kΩ– 10 0 20 50 80 100 °C

4 V

3 V

2 V

1 V

0 V

WiderstandskennlinieSpannungskennlinie

Widerstand/Spannungssignal: in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur.

4.2

einem geringeren Kraftstoffverbrauch und einer geringeren Schadstoffemission nach dem Kaltstart führt.

Dieselmotormanagement

Das Signal des Kühlmitteltemperatur- sensors wird von Dieselmotor-Mana-gementsystemen zur Glühzeitsteuerung, Kraftstoffmengenregelung, Spritzbeginn-regelung und zur Steuerung der Abgas-rückführung benötigt. Verwendung findet es auch zur Steuerung von Zusatzheizun-

Motormanagement_Sensoren_V.indb 70 16.04.2019 13:29:52

Motormanagement Sensoren 4

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Kühlmitteltemperatursensor: Anschlussplan.

4.3

Signalspannung des Kühlmittel-temperatursensors: Mit steigender Tem-peratur des Kühl-mittels sinkt der Widerstand des Kühlmitteltempe-ratursensors (NTC). Der Spannungsfall (CH1) verringert sich ebenso.

4.4

fester Messwiderstand im Motorsteuergerät

+ 5 V

1

2

gehoben. Dies dient der Optimierung des Motorlaufs und der Reduzierung der Schadstoffemission. Der Spritzbeginn muss nach dem Kaltstart in Richtung früh verlegt werden, da die Verdichtungstempe-ratur geringer als bei einem betriebswar-men Motor ist, wodurch der Übergang des Dieselkraftstoffs aus dem flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand deut-lich länger dauert. In Abhängigkeit der

gen und Kühlerlüftern. In Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur wird bei Diesel-motor-Managementsystemen ebenfalls die Leerlaufdrehzahl nach dem Kaltstart an-

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4 Temperatursensoren

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Ottomotormanagement

Die Kühlmitteltemperatur hat Auswirkungen auf das Einspritz- und Zündkenn-feld. Je kälter der Motor ist, umso höher muss die Kraft-stoffeinspritzmenge sein, da ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes nicht an der Verbrennung teilnimmt, sondern an den Zylinder-wänden kondensiert. Durch die Erhöhung der Einspritz-menge wird gewährleistet, dass sich im Brennraum im-mer ein zündfähiges Kraft-stoffluftgemisch befindet. Des Weiteren wird bei vielen Motormanagementsystemen das Kühlgebläse vom Motor-steuergerät in Abhängigkeit der Kühlmit-teltemperatur gesteuert. Beim Ausfall des Sensors greift das Motorsteuergerät auf ei-nen Ersatzwert zurück. Dies kann zum Beispiel ein im Motorsteuergerät fest hin-terlegter Wert sein. Außerdem wird das Kühlgebläse in diesem Fall permanent vom Motorsteuergerät angesteuert. Der Zündzeitpunkt wird in Abhängigkeit der Motortemperatur in Richtung früh ver-stellt. Bei einem kalten Motor findet die Zündauslösung deutlich später vor dem oberen Totpunkt statt, wodurch die Ver-brennungstemperatur deutlich stärker an den Zylinderwandungen wirken kann. Hierdurch erreicht der Motor deutlich schneller seine Betriebstemperatur, was zu

4,5 V12 kΩ

10 kΩ

8 kΩ

6 kΩ

4 kΩ

2 kΩ

0 kΩ– 10 0 20 50 80 100 °C

4 V

3 V

2 V

1 V

0 V

WiderstandskennlinieSpannungskennlinie

Widerstand/Spannungssignal: in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur.

4.2

einem geringeren Kraftstoffverbrauch und einer geringeren Schadstoffemission nach dem Kaltstart führt.

Dieselmotormanagement

Das Signal des Kühlmitteltemperatur- sensors wird von Dieselmotor-Mana-gementsystemen zur Glühzeitsteuerung, Kraftstoffmengenregelung, Spritzbeginn-regelung und zur Steuerung der Abgas-rückführung benötigt. Verwendung findet es auch zur Steuerung von Zusatzheizun-

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Motormanagement Sensoren 4

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Kühlmitteltemperatursensor: Anschlussplan.

4.3

Signalspannung des Kühlmittel-temperatursensors: Mit steigender Tem-peratur des Kühl-mittels sinkt der Widerstand des Kühlmitteltempe-ratursensors (NTC). Der Spannungsfall (CH1) verringert sich ebenso.

4.4

fester Messwiderstand im Motorsteuergerät

+ 5 V

1

2

gehoben. Dies dient der Optimierung des Motorlaufs und der Reduzierung der Schadstoffemission. Der Spritzbeginn muss nach dem Kaltstart in Richtung früh verlegt werden, da die Verdichtungstempe-ratur geringer als bei einem betriebswar-men Motor ist, wodurch der Übergang des Dieselkraftstoffs aus dem flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand deut-lich länger dauert. In Abhängigkeit der

gen und Kühlerlüftern. In Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur wird bei Diesel-motor-Managementsystemen ebenfalls die Leerlaufdrehzahl nach dem Kaltstart an-

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4 Temperatursensoren

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Starttemperatur wird die Nachglühzeit re-guliert. Beim Ausfall des Kühlmittel-temperatursensors kann (wie beim Otto-motormanagement) ein fester, im Motorsteuergerät hinterlegter Ersatzwert verwendet werden. Alternativ greift das Steuergerät auch auf Ersatzwerte des Kraftstofftemperatursensors zurück. Er-folgt die Steuerung des Kühlergebläses über das Motorsteuergerät wird es eben-falls permanent angesteuert.

Das Motorsteuergerät wertet die Kühl-mitteltemperatur über den Spannungsfall am Kühlmitteltemperatursensor aus. Hier-zu ist innerhalb des Steuergeräts ein fester Messwiderstand in Reihe zum Kühlmit-teltemperatursensor geschaltet. Aufgrund

Zum Testen, ob Wackelkon-takte vorliegen, wählt der Kfz-Profi im Oszi eine Zeit-

achse von circa 5 s und die Spannungsachse von circa 5 V. Nun Leitungen, den Kabelbaum und die Steckverbindungen leicht bewegen. Steigt die Si-gnalspannung kurzzeitig auf 5 V, deutet dies auf einen Wackel-kontakt, eine Kabelunterbre-chung oder eine defekte Steck-verbindung hin.

Tipp

Wackelkontakt: Signalspannung mit Kabelunter-brechung.

4.5

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Motormanagement Sensoren 4

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Nach dem Motorstart muss der Signal-spannungswert kontinuierlich bis zum Erreichen der Betriebstemperatur sinken. Der Wert und die daraus abzuleitende Temperatur ist mit der tatsächlichen Kühl -

Volkswagen, Motorkennung BKC: Schaltung im Motorsteuer-gerät mit parallel geschaltetem Widerstand.

4.6

Oszillogramm Kühlmitteltemperatur- sensor: VW Golf Motorkennung BKC. Ab einer Motortempe-ratur von 60 °C wird die Signalspannung zur exakteren Tempe-raturbestimmung vom Motorsteuergerät mit circa 1 Hz (1) getaktet. Signalspannung ➝ Steuergerät leitet von diesem Wert die Tem-peratur ab (2).

4.7

fester Messwiderstand im Motorsteuergerät,zum Beispiel 3.000 Ω

Transistor wird ab einer Temperatur von 60 °Cmit einer Frequenz von 1 Hz getaktet

+ 5 V

1

parallel geschalteter Widerstand

des Spannungsfalls, der sich über den Kühlmitteltemperatursensor ergibt, kann das Motorsteuergerät aus einer Kennlinie die Kühlmitteltemperatur ableiten.

Zur Prüfung des Kühlmitteltempera-tursensors misst der Kfz-Profi die Signal-spannung gegen Sensormasse, Steuergerä-temasse, Batterieminus oder Motormasse.

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Nach dem Motorstart muss der Signal-spannungswert kontinuierlich bis zum Erreichen der Betriebstemperatur sinken. Der Wert und die daraus abzuleitende Temperatur ist mit der tatsächlichen Kühl -

Volkswagen, Motorkennung BKC: Schaltung im Motorsteuer-gerät mit parallel geschaltetem Widerstand.

4.6

Oszillogramm Kühlmitteltemperatur- sensor: VW Golf Motorkennung BKC. Ab einer Motortempe-ratur von 60 °C wird die Signalspannung zur exakteren Tempe-raturbestimmung vom Motorsteuergerät mit circa 1 Hz (1) getaktet. Signalspannung ➝ Steuergerät leitet von diesem Wert die Tem-peratur ab (2).

4.7

fester Messwiderstand im Motorsteuergerät,zum Beispiel 3.000 Ω

Transistor wird ab einer Temperatur von 60 °Cmit einer Frequenz von 1 Hz getaktet

+ 5 V

1

parallel geschalteter Widerstand

des Spannungsfalls, der sich über den Kühlmitteltemperatursensor ergibt, kann das Motorsteuergerät aus einer Kennlinie die Kühlmitteltemperatur ableiten.

Zur Prüfung des Kühlmitteltempera-tursensors misst der Kfz-Profi die Signal-spannung gegen Sensormasse, Steuergerä-temasse, Batterieminus oder Motormasse.

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4 Temperatursensoren

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mitteltemperatur – am besten mit Hilfe eines digitalen Infrarot-Temperaturmess-geräts – zu vergleichen.

Was die Oszilloskopeinstellung betrifft, so wählt man am besten eine Spannungs-achse von circa 5 V (x-Achse) und eine Zeitachse von zum Beispiel 5 Minuten (y-Achse).

Zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann im Motorsteuergerät ein erhöhter Festwiderstand (Messwiderstand) verbaut sein, der den Strom über den Temperatur-fühler stärker begrenzt, wodurch es zu einer geringeren Eigenerwärmung des Kühlmitteltemperaturfühlers kommt. Je-doch führt diese Strombegrenzung in defi-nierten Temperaturbereichen auch zu Messabweichungen. Zum Ausgleich dieser Abweichungen wird parallel zum Festwi-derstand ein niedrigerer Widerstand über einen Transistor ab dem Erreichen von be-

Korrekturgröße für Gemischbildung und Zündwinkel: Der Ansauglufttemperatursensor.

4.8

stimmten Temperaturen getaktet, wodurch es zu einer kurzzeitigen Stromerhöhung kommt und die Messgenauigkeit optimiert werden kann.

Beim Messen der Signalspannung ist im Signalverlauf die Taktung des Kühl-mitteltemperatursensors in bestimmten Temperaturbereichen sichtbar.

4.2 Ansauglufttemperatursensor/Ladelufttemperatursensor

Der Ansauglufttemperatursensor ist in das Ansaugsystem bei Otto- und Dieselmotor- Managementsystemen integriert. Er er-fasst die Ansauglufttemperatur. Bei diesem Sensor handelt es sich wie beim Kühlmit-teltemperatursensor um einen NTC (nega-tiver Temperaturkoeffizient, Heißleiter). Der Ansauglufttemperatursensor kann als separater Sensor im Ansaugsystem ver-baut sein oder auch in Komponenten wie zum Beispiel dem Saugrohrdrucksensor, Luftmengen- oder Luftmassenmesser in-tegriert sein.

Der Anschlussplan und der Wider-stands- und Spannungsverlauf ähneln dem des Kühlmitteltemperatursensors (siehe Bilder 4.2 und 4.3).

Beim Ottomotor-Managementsystem werden in Abhängigkeit der Ansaug-lufttemperatur die Einspritzmenge und der Zündwinkel korrigiert. Eine Einspritz-mengenkorrektur ist aufgrund der Kraft-stoffkondensation im Ansaugkrümmer und im Brennraum notwendig. Je kälter die Ansaugluft ist, umso stärker kondensiert der Kraftstoff an den Saugrohrwandungen

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Motormanagement Sensoren 4

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CH1: Spannungs- signal: Ansaug-lufttemperatur- sensor, Ottomotor.

4.9

CH1: Spannungs-signal des Ladelufttempe-ratursensors Dieselmotor- management: (1) Zündung ‚Aus’ (2) Zündung ‚Ein’ (3) Motorstart.

4.10

❷ ❸

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CH1: Spannungs- signal: Ansaug-lufttemperatur- sensor, Ottomotor.

4.9

CH1: Spannungs-signal des Ladelufttempe-ratursensors Dieselmotor- management: (1) Zündung ‚Aus’ (2) Zündung ‚Ein’ (3) Motorstart.

4.10

❷ ❸

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4 Temperatursensoren

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und nimmt nicht mehr an der Verbren-nung teil. Damit auch bei einer geringen Ansauglufttemperatur ein zündfähiges Gemisch in den Brennraum geleitet wer-den kann, muss die Einspritzmenge erhöht werden. Bei Ausfall des Ansauglufttempe-ratursensors wird ein im Motorsteuergerät hinterlegter Ersatzwert genutzt.

Bei einem Gasstoß kann die Signal-spannung kurzzeitig durch den höheren Luftdurchsatz und der daraus resultieren-den stärkeren Kühlung des Ansaugsys-tems steigen. Nach dem Abschalten des Motors ist es möglich, dass die Signalspan-nung sinkt – die Motorabwärme kommt natürlich auch im Ansaugkrümmer an.

Ladelufttemperatursensor

Im Dieselmotor-Managementsystem ist die Ladelufttemperatur eine Korrektur-größe für die maximale Kraftstoffein-spritzmenge, da sich in Abhängigkeit der Ladelufttemperatur die Luftdichte ändert. Des Weiteren ist die Ladelufttemperatur eine Korrekturgröße zur Ladedruckrege-lung. Beim Ausfall des Ladelufttempera-tursensors kann die Kühlmitteltemperatur als Ersatzwert vom Motorsteuergerät ge-nutzt werden.

Bei modernen Dieselmotor-Manage-mentsystemen ist in dem Luftmassen-messer der Ansauglufttemperatursensor,

Periodendauer

ti = 60 % tp = 40 %

ti = 58 % tp = 42 %

Oszillogramm: Ansauglufttempe-ratursignal des Luftmassenmes-sers (HFM6). Das Tastverhältnis ti/tp von 60/40 entspricht einer Temperatur von circa 20 °C, das von 58/42 von rund 18 °C.

4.11

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Motormanagement Sensoren

Der AutorGerald Schneehage (48) arbeitete nach der Ausbildung zum Kfz-Mechaniker in ver-schiedenen Werkstattbetrieben und absol-vierte anschließend die Meisterprüfung. Nach einem berufsbegleitendem Studium zum Betriebswirt ist er seit 2004 bei der  Handwerkskammer Hannover tätig. Schnee hage ist dort als Lehr gangs leiter in der Lehrlingsausbildung sowie als Semi-nar leiter für die Servicetechniker-/Meis-ter fortbildung und für Weiterbildungs-lehrgänge in der Kraftfahrzeugtechnik beschäftigt.

Im November 2018 schulte Gerald Schneehage im Yizheng Technicain Col-lege in der Provinz Jiangsu erstmals chine-sische Berufsschüler in Sachen Hochvolt-technik bei Pkw. Hintergrund ist eine Kooperation mit der Handwerkskammer Hannover und dem Institut für berufliche Bildung Niedersachsen.

Gerald Schneehage ist darüber hinaus Autor der Fachbücher ‚Pkw-Gasanlagen‘ sowie ‚Motormanagement/Aktoren‘. Beide Bücher sind bei Krafthand Medien erschie-nen.

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4 Temperatursensoren

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und nimmt nicht mehr an der Verbren-nung teil. Damit auch bei einer geringen Ansauglufttemperatur ein zündfähiges Gemisch in den Brennraum geleitet wer-den kann, muss die Einspritzmenge erhöht werden. Bei Ausfall des Ansauglufttempe-ratursensors wird ein im Motorsteuergerät hinterlegter Ersatzwert genutzt.

Bei einem Gasstoß kann die Signal-spannung kurzzeitig durch den höheren Luftdurchsatz und der daraus resultieren-den stärkeren Kühlung des Ansaugsys-tems steigen. Nach dem Abschalten des Motors ist es möglich, dass die Signalspan-nung sinkt – die Motorabwärme kommt natürlich auch im Ansaugkrümmer an.

Ladelufttemperatursensor

Im Dieselmotor-Managementsystem ist die Ladelufttemperatur eine Korrektur-größe für die maximale Kraftstoffein-spritzmenge, da sich in Abhängigkeit der Ladelufttemperatur die Luftdichte ändert. Des Weiteren ist die Ladelufttemperatur eine Korrekturgröße zur Ladedruckrege-lung. Beim Ausfall des Ladelufttempera-tursensors kann die Kühlmitteltemperatur als Ersatzwert vom Motorsteuergerät ge-nutzt werden.

Bei modernen Dieselmotor-Manage-mentsystemen ist in dem Luftmassen-messer der Ansauglufttemperatursensor,

Periodendauer

ti = 60 % tp = 40 %

ti = 58 % tp = 42 %

Oszillogramm: Ansauglufttempe-ratursignal des Luftmassenmes-sers (HFM6). Das Tastverhältnis ti/tp von 60/40 entspricht einer Temperatur von circa 20 °C, das von 58/42 von rund 18 °C.

4.11

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Motormanagement Sensoren

Der AutorGerald Schneehage (48) arbeitete nach der Ausbildung zum Kfz-Mechaniker in ver-schiedenen Werkstattbetrieben und absol-vierte anschließend die Meisterprüfung. Nach einem berufsbegleitendem Studium zum Betriebswirt ist er seit 2004 bei der  Handwerkskammer Hannover tätig. Schnee hage ist dort als Lehr gangs leiter in der Lehrlingsausbildung sowie als Semi-nar leiter für die Servicetechniker-/Meis-ter fortbildung und für Weiterbildungs-lehrgänge in der Kraftfahrzeugtechnik beschäftigt.

Im November 2018 schulte Gerald Schneehage im Yizheng Technicain Col-lege in der Provinz Jiangsu erstmals chine-sische Berufsschüler in Sachen Hochvolt-technik bei Pkw. Hintergrund ist eine Kooperation mit der Handwerkskammer Hannover und dem Institut für berufliche Bildung Niedersachsen.

Gerald Schneehage ist darüber hinaus Autor der Fachbücher ‚Pkw-Gasanlagen‘ sowie ‚Motormanagement/Aktoren‘. Beide Bücher sind bei Krafthand Medien erschie-nen.

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MotormanagementSensoren

Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop

Gerald Schneehage

Krafthand Medien GmbH

ISBN 978-3-87441-174-5

Krafthand-Technik

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Krafthand-Technik

Ger

ald

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orm

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Gerald Schneehage

„Das Fachbuch ‚Motormanagement Sensoren’ von Gerald Schneehagezeichnet sich durch seine thematische Vollständigkeit und Praxisorientiertheit aus. Anhand zahlreicher Messkurven zeigt er sehr anschaulich die verschie-denen Charakteristika von Sensoren in modernen Pkw. Das Buch gehört in jede moderne Kfz-Werkstatt!”

Kai Schiller, Technischer Leiter, HandWerk gGmbH – Kompetenz- zentrum der HWK Bremen

„Der Autor legt in seinem praxis-orientierten Fachbuch den Schwer-punkt auf die Fehlerdiagnose von Sen-soren rund um moderne Otto- und Dieselmotor-Managementsys teme. Sämtliche Sensoren sind im Detail anschaulich erklärt und dar gestellt. Ich empfehle es jedem Kfz-Profi!“

Dipl.-Ing. Dirk Hamann, Geschäftsführer der Autohaus Hamann GmbH, Hannover

Motormanagement Sensoren Aufbau, Funktion und Prüfung mit dem Oszilloskop

Die fünfte, erweiterte Auflage des Fachbuchs ‚Motormanagement Sensoren’ von Gerald Schnee-hage beschäftigt sich detailliert mit der Prüfung von motor system-relevanten Sensoren und wur-de um zahlreiche Passagen sowie um die Kapitel AdBlue-Temperatursensor und AdBlue-Druck-sensor ergänzt. Dabei setzt der Autor unter ande-rem auf den Einsatz eines Oszillo skops.

Zu Beginn erklärt der Autor verschiedene Fehler-arten und Fehlercodes und geht auf das notwen-dige Prüfequipment ein.

Im Hauptteil beschreibt Schneehage rund 32 Sen-soren, die für moderne Motormanagementsys-teme relevant sind. Er geht dabei jeweils auf die Funktionsweise, den Einsatzzweck sowie im Detail auf die Prüfmöglichkeiten ein. Flankierend erklärt er anhand zahlreicher Messkurven Fehler und Fehlfunktionen. Ergänzt wird das Fachbuch durch zahlreiche Bilder von Sensoren und Schaltplänen.

Das Buch richtet sich an Auszubildende im Kfz-Handwerk, Kfz-Techniker, Kfz-Meister sowie Ingenieure des Fahrzeugbaus und alle, die beruf-lich mit dem Thema Sensoren im Kfz zu tun haben.

5. A

ufla

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5. erweiterte Auflage

Umschlag_Sensoren_Aufl_5.indd 1 16.04.2019 14:01:00

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