1

K 2.2 Energieversorgung im Kfz Versuch Bordnetzuntersuchung

Praktikum Kfz-Elektrik

Kfz-Elektronik

1. Versuchsziel

Bei diesem Praktikumversuch soll durch Anwendung moderner Prüftechnik die

Wirkungsweise und das Verhalten von Drehstromgeneratoren (DSG) im Kfz untersucht

werden. Ziel ist die Aufnahme wesentlicher Verhaltensweisen und von Zeitverläufen

(Oszillographenbilder) zur Bewertung von Bordnetzen.

2. Grundlagen

2.1. Voraussetzungen

Aufbau und der Funktion des Synchrongenerators, des Gleichrichters und des Reglers

Kennlinienverläufe der DSG bei Leerlauf und bei Belastung

Kenntnisse zu Prüfschaltungen sowie deren Realisierung

Funktion und Einsatzzweck der eingesetzten Mess- und Prüftechnik

Wirkungsweise des Kfz-Bordnetzes

2.2. Literatur

Vorlesungsmitschrift / Umdrucke Kfz-Elektrik HTW-Dresden

„Drehstromgeneratoren“ Technische Unterrichtung; Robert Bosch GmbH

Autoelektrik / Autoelektronik Robert Bosch GmbH, Vieweg-Verlag

G. Henneberger Elektrische Motorausrüstung Vieweg-Verlag, Braunschweig

J. Kasedorf Kfz-Elektrik Vogel Buchverlag

Bedienungsanleitung „TMS 08“ HTW Dresden

3. Drehstromgenerator und Gerätetechnik

Für den Versuch stehen folgende Drehstromgeneratoren und Gerätetechnik zur Verfügung:

DSG KCB2 14V 60 – 100A

Messfahrzeug Corsa B

Bordnetztester S 304

Transportables Messsystem TMS 08 zur Bordnetzanalyse (mit elektronischer Last und

Software unter LabVIEW)

I

n

KET

G

2

3.1. Schaltung des Drehstromgenerators im Bordnetz

Bild 1 Schaltung DSG

3.2 Bordnetztester S304

Bild 2 Ansicht und Aufnehmer S 304

Generator VerbraucherBatterie

D-

D+

V

DFRegler-IC

B+

B-

LKL

SM

Generator VerbraucherBatterie

D-

D+

V

DFRegler-IC

B+

B-

LKL

SM

3

Technische Daten

Betriebsspannung: 12/24 V

Max. Stromaufnahme: 1 A

Masse: 4,2 kg

Anzeige: 3+1 digit. mit Speicherung

Max. Dauer der Erregung

für einen Messzyklus: 1,5 s

Messbereiche und Fehler

Spannung: -9,9 ... +99,9 V +/-1%

Strom: -99 ... +600 A +/-3%

-10 ... +10 A +/-3%

Leistung: -990 W ... +9999W +/-5%

Widerstand: 0 ... +99,9

0 ... +99,9

in allen Bereichen zusätzlicher Fehler: +1 digit

Bedientasten (von links nach rechts):

1 Messung der Betriebsspannung des Gerätes

2 Leistungsmessung mit Strommesszange

3 Strommessung durch Anschluss an die Messklemmen (max. 10 A)

4 Strommessung mit Strommesszange

5 Spannungsmessung durch Anschluss an die Messklemmen

6/7 Widerstandsmessung durch Anschluss an die Messklemmen

8 Taste für die Erregung mit max. Erregerstrom über die Messklemmen;

Anzeige von Momentanwerten bei auf der Anzeige abgespeicherten Werten (max. 1,5 s)

9 Speicherung des angezeigten Momentanwertes auf der Anzeige

Der Einstellregler neben der Anzeige dient zum Nullpunkt-Abgleich bei:

Strommessung ohne Stromkreisunterbrechung

Leistungsmessung

Widerstandsmessung

Unter den Bedingungen:

Strommesszange geschlossen und Stromlos

Messklemmen kurzgeschlossen

4

3.3 Bordnetzmesssystem TMS 08

Gerät

Das Messgerät ist wie im Bild 1 zu sehen in einem Koffer untergebracht.

Bild 3 Gesamtansicht Messsystem

Messgrößenabgriff

Spannung

Anschlussleitungen mit Zangen oder Laborstecker

Strom

Strommessung mittels Messwandler der Firma LEM für 100 A, 200 A, 300 A

Drehzahl

Es werden drei Arten von Drehzahlsignalen erfasst (Kurbelwellensignal, v-Signal,

Zündsignal) Jedes Drehzahlsignal hat ein eigenes Messkabel.

Temperatur Zur Messung der Temperatur wird die Signalleitung Thermoelement genutzt. Dieser Sensor

kann durch die Beschaffenheit des Fühlers Luft, Wasser und Öltemperaturen messen.

Extra Signale

Zur Messung von Extrasignalen sind im Messsystem zwei Adapterkästen enthalten. Diese

ermöglichen den Anschluss weiterer Signale (Signale anderer Messwandler, Signalpegel darf

±10 V nicht überschreiten).

5

Messkoffereinstellungen

Messprogramm

Das Messprogramm ist eine Anwendung unter Lab VIEW von National Instruments©.

Das Programm wird durch die Datei „Mobil_Messen“ gestartet. Danach erfolgt eine erste

Auswahl, an welchem Bordnetztyp gemessen werden soll. Weiterhin ist der Button

„Programmende“ enthalten, der das Messprogramm beendet.

Danach erfolgt die Auswahl zwischen dem Messen und der Auswertung der Verläufe.

Bei der Auswahl Messen hat man zwei Möglichkeiten.

Die erste Möglichkeit ist „Messen mit elektronischer Last“, wodurch eine Ansteuerung für

elektronische Gleichspannungslasten der Firma Höcherl & Hackl (Serie DS) frei geschaltet

wird. Falls diese Option gewählt wird und es ist keine Last angeschlossen erscheint eine

Fehlermeldung auf dem Bildschirm.

Als zweite Möglichkeit wird das „Messen ohne elektronische Last“ angeboten, wodurch die

eben erwähnte Laststeuerung nicht frei geschaltet wird.

Die dritte Möglichkeit ist die Auswahl der Analyse, wodurch die Auswertefunktion des

Programms gestartet wird. Der Button „Programmende“ ist für das Beenden und Schließen des

Gesamtprogramms zuständig.

Mit dem Button „Zurück“ gelangt man in das Auswahlmenü der Bordnetzspannung zurück.

Schalter n-Signal / Messwandler

Schalter 12 V / 42 V

Versorgungsspannung

Messkanäle

Messdatenkabel

6

Messablauf

Start des Messrechners

Anschluss des Datenkabel an Rechner

Anschluss der Versorgungsspannung an geeignete Spannungsquelle (Fahrzeug oder

externe Batterie) Achtung es ist der Schalter 12 V/ 42 V auf dem Bedienfeld des

Messkoffers einzustellen

Anschluss des GPIB Adapters für Laststeuerung, falls Laststeuerung erwünscht

Starten des Messprogramms mit dem Programm Mobil_Messen.vi

Auswahl des Bordnetzes

Auswahl von Messen mit oder ohne elektronische Laststeuerung (Achtung GPIB-

Adapter muss beim Messen mit elektronischer Last angeschlossen sein, sonst erfolgt

eine Fehlermeldung )

Einstellen der gewünschten Messgrößen und Anschluss der Messleitungen nach

Vorgabe des Messprogramms

Einstellung der Abtastfrequenz sowie der anderen benötigten Werte

Starten des Messfensters durch „Weiter“

der Verlauf der Messgrößen wird angezeigt

Einstellen der Aufnahmezeit für die Messung

Einstellen der Lastwerte oder des Dateipfades für die optionale Laststeuerung

Auswahl von „Messen“

Eintragen des Dateinamens der Messdatei

Bestätigen des Namens durch OK, dies entspricht dem Start der Messung

nach erfolgter Messung wird der Anzeigebildschirm wieder gestartet

Rückkehr in das Auswahlmenü

Auswahl von Analyse

Auswertung der Messung

bei Bedarf können Verläufe gedruckt oder gespeichert werden.

Rückkehr ins Auswahlmenü und Beenden des Messprogramms

Entfernen der einzelnen Messkabel

7

4. Versuchsdurchführung und Auswertung

4.1. Generatorprüfung im Fahrzeug mit Bordnetztester

Mit dem Bordnetztester S 304 erfolgt die Prüfung des Drehstromgenerators im Fahrzeug.

Schließen Sie den Tester nach den Aussagen in 3.2 an und nehmen Sie die Werte auf.

Motordrehzahl Verbraucher UG[V] IG[A] P[W]

Leerlauf

Abblendlicht

Heckscheibenheizung

Bremslicht

Lüfter 4. Stufe

100A kurzeitig (1s.)

2000 1/min

Abblendlicht

Heckscheibenheizung

Bremslicht

Lüfter 4. Stufe

100A kurzeitig (1s.)

Tabelle 1: Messung mit Bordnetztester S 304

4.2 Teilversuch Startvorgang

In diesem Teilversuch soll das Verhalten des Bordnetzes während der Startphase untersucht

werden. Arbeiten Sie dazu nach der Anleitung und den Anweisungen des Betreuers.

Starten Sie das Programm „Mobil_Messen“

Wählen Sie das vorhandene Bordnetz aus

Schalten Sie am Messkoffer das entsprechende Bordnetz ein

Klemmen Sie die Versorgung des Messkoffers an die Batterie an

Wählen Sie im nächsten Menü „Messen ohne Last“ aus

Wählen Sie im Auswahlmenü folgende Messgrößen aus

- Batteriestrom / Starterstrom 300A

- Generatorstrom

- Erregerstrom

- Bordnetzspannung 1

- Kurbelwellensignal (bitte Umschalter n-Signal am Messkoffer beachten)

Der Mess-Wandler 300 A für den Batteriestrom / Starterstrom wird am Batteriekabel

angebracht (Minusseite). Der Mess-Wandler 200 A des Generatorstroms wir an der Plusleitung

des Generators angebracht. Der Erregerstrom wir über eine Kabelbrücke mit dem Messwandler

100 A an den im Fahrzeug befindlichen Klemmen abgegriffen. Die Bordnetzspannung 1 wird

über der Batterie gemessen. Der Kurbellwellenadapter wird zwischen die im Fahrzeug

befindliche Steckeranordnung des Kurbellwellengebers gesteckt.

8

Nach der Einstellung einer Abtastrate (4000 Sample) für eine Motorlehrlaufdrehzahl

kann auf „Weiter“ gedrückt werden. Das Anzeigefenster der Messung wird gestartet.

Stellen Sie eine geeignete Messzeit im Feld Messzeit ein

Drücken Sie den Button „Messen“, es erfolgt die Abfragen nach dem Namen der zu

Speichernden Datei

Nach Bestätigung des Dateinamens beginnt die Messung

Starten Sie das Fahrzeug

Nach erfolgter Messung kann mit der Messmodus mit „Zurück“ beendet werden.

nach Wahl von „Analyse“ gelangt man in den Analysemodus hier kann die Datei des

gemessenen Verlaufes geöffnet und Ausgewertet werden

Falls notwendig können einzelne oder alle Kurven neu abgetastet und in einer neuen

Datei gespeichert werden.

4.3 Teilversuch Lastsprung

In diesem Teilversuch soll das Verhalten des Bordnetzes während eines Lastsprunges und des

Lastabwurfs untersucht werden.

Folgen Sie der Anleitung und den Anweisungen des Betreuers.

Starten Sie das Programm „Mobil_Messen“

Wählen Sie das vorhandene Bordnetz aus

Schalten Sie am Messkoffer das entsprechende Bordnetz ein

Klemmen Sie die Versorgung des Messkoffers an die Batterie an

Wählen Sie im nächsten Menü „Messen mit Last“ aus

Wählen Sie im Auswahlmenü folgende Messgrößen aus

- Batteriestrom

- Generatorstrom

- Erregerstrom

- Bordnetzspannung 1

- Zündsignal (bitte Umschalter n-Signal am Messkoffer beachten)

Die Messung wird wie bei 4.2 ausgeführt. Das Zündsignal wird an der Zündung (Buchsen am

Zündtrafo) des Messfahrzeuges entnommen (Stecker Rot = Signal Zylinder 1/2 oder 3/4 und

Stecker Blau = Masse).

Nach Auswahl und Anschluss der Signale kann auf „Weiter“ gedrückt werden. Das

Anzeigefenster der Messung wird gestartet.

Stellen Sie eine geeignete Messzeit im Feld Messzeit ein

Stellen sie das Menüelement Lastspielwahl auf Lastspiel ein

Öffnen Sie die Datei für das entsprechende Lastspiel über „Pfad Lastverlauf“

Drücken Sie den Button „Messen“, es erfolgt die Abfragen nach dem Namen der zu

Speichernden Datei

Nach Bestätigung des Dateinamens beginnt die Messung

Nach erfolgter Messung kann mit der Messmodus mit „Zurück“ beendet werden.

nach Wahl von „Analyse“ gelangt man in den Analysemodus hier kann die Datei des

gemessenen Verlaufes geöffnet und ausgewertet werden (Wiederholung möglich,

Kurven neu abtasten und in neuen Dateien speichern)

Die gemessenen Kurven sind darzustellen und die Verläufe sind auszuwerten.

Stellen Sie auch den gemessenen Drehzahlverlauf beim Anlassvorgang dar.

Erstellen Sie eine Schaltung des Messaufbaus.

9

A 1: Datenblatt Opel Corsa, 1.2 (Auswahl)

Motor

Bauart: vorn, quer vor der Achse, 4 Zylinder

Modelljahr: 1993

Modellbezeichnung: X12SZ

Hubraum: 1195 cm3

Bohrung / Hub: 72*73,4 mm

Verdichtungsverhältnis: 10/1

Ventilspiel: automatisch-hydraulisch

Höchstleistung (DIN): 33 kW (45 PS) bei 4600 min-1

Max. Drehmoment: 88 Nm bei 2800 min-1

Ölmenge: 3,5 L

Nockenwelle: eine obenliegende, Antrieb über Zahnriemen

Zylinderkopf: Aluminium-Legierung

Kraftstoffpumpe: elektrisch

Kraftstoffart: Super bleifrei oder Super Plus

Einspritzanlage: elektronische K-Einspritzung, Singlepoint

Katalysator: 3-Wege-Kat mit Lambda-Sonde

Elektrische Anlage

Batterie: 12 V, 36 Ah

Generator: KCB 2 14 V 60 - 100 A (nicht original)

Spannungsregler: BR14-T0 F00M145238 (nicht original)

Zündanlage: RUV, Doppelfunkenspule

Leerlaufdrehzahl: n0 = (820 ... 980) min-1

Kupplung

Bauart: Einscheiben-Trockenkupplung

Nachstellung: manuell

10

Getriebe

Antrieb: Vorderrad-Antrieb

Getriebeart: 5-Gang-Getriebe, manuell

Übersetzungsverhältnis

1. Gang: 3,55

2. Gang: 1,96

3. Gang: 1,30

4. Gang: 0,89

5. Gang: 0,71

Rückwertsgang: 3,74

Fahrleistungen

Höchstgeschwindigkeit: 115 km/h

Beschleunigung 0 - 100 km/h: 20 s

Abbildung A 1: Leistungs - und Drehmomentkennlinie

11

A 2: Datenblatt Generator KCB 2 14 V 60 - 100 A

Polzahl: 12

Schaltung: Dreieck

Luftspalt: 0,7 mm, nmax=20000min^-1

Diodentyp: Zehner- Dioden, ZR 1450

Bemessungsstrom bei

n = 1800 min-1: 60 A

Bemessungsstrom bei

n = 6000 min-1: 100 A

Ständerdaten:

Innendurchmesser: 99,0 mm

Eisenlänge: 33,5 mm

Wickelart: Welle

Nutzahl: 36

Wickelschritt: 1 - 4

Leiter je Nut L/N: 10

Anzahl der parallelen Drähte: 2

Drahtdurchmesser (blank): 1,18 mm

Maximal zulässiger Strang-

widerstand bei 20 °C: 0,083

Läuferdaten:

Außendurchmesser: 98,3 mm

Kerndurchmesser: 52,0 mm

Kernlänge 27,0 mm

Drahtdurchmesser (blank): 0,85 mm

Windungszahl: 410

Feldwiderstand bei 20°C (±5%): 2,60

12

A 3: Spannungsregleranschlüsse

Anschluss V: Spannungssignal über einer Gleichrichterdiode des Sechspuls-

Brückengleichrichters. Hierüber ermittelt der Regler die Drehzahl

des Generators

Anschluss DF: Über DF wird die Feldinduktivität geschaltet, entweder nach

Masse B- oder nach B+. Beim Ausschaltvorgang kommutiert der

Feldstrom der Feldinduktivität auf die Freilaufdiode.

Anschluss L: Der Anschluss wird je nach Betriebszustand, entweder als

Eingang oder als Ausgang genutzt. Als Ausgang dient er dem

Anschluss der Ladekontrollleuchte. Zusätzlich kann hiermit bei

Normalbetrieb eine Zusatzlast, wie zum Beispiel Wohnanhänger

angesteuert werden.

Anschluss DFM: Aus diesem Anschluss kann für ein Motor-Steuergerät, der

aktuelle Generatorauslastungsgrad ermittelt, werden.

Anschluss B+: Batteriespannung Plus

Anschluss B-: Batteriespannung Minus

Zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit ist Abbildung 3 hier erneut eingefügt:

Regelung

B-

L DFM

V-Signal

G 3~

B+

Regler Generator

DF

B+

B-

Bordnetz

Abbildung A 3: Prinzipdarstellung eines minusgeregelten Multifunktionsreglers