EE08 Booklet Teil1 DTT - kfz-aufgaben.de · Hof/Stf 17 Inhaltsübersicht Fahrzeugelektronik Teil 2 Bearbeitete Version Hella – Fahrzeugelektronik

Inhaltsübersicht Fahrzeugelektronik Teil 2 Bearbeitete Version Hof/Stf 17

Hella – Fahrzeugelektronik Bearbeitete Version

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Inhaltsverzeichnis 2

Dieselmotoren Technik

Das Abgasrückführungssystem 4

EDC – Elektronische Diesel Regelung 12

Drucksensor Glühkerzen (Beru-Information) 23

Partikelfilter Systeme 30

Common Rail Einspritzsystem Audi Selbststudienprogramm SSP 227 ab 33

Bauteile des Common Rail Systems 36

Niederdruckförderung 40

Hochdruckförderung 42

Motormanagement Gemischbildung 52

Motormanagement Systemübersicht 58

Aktoren und Sensoren 62

Fahrwerk-Systeme

Das ABS-Bremssystem 67

Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP) 75

Raddrehzahlsensoren im Kraftfahrzeug Funktion, Diagnose, Fehlersuche 85

Aufbau und Wirkung von Raddrehzahlsensoren 86

Praxis-Beispiel zur Fehler-Diagnose im Werkstattalltag 90

Fehlersuchbaum Raddrehzahlsensoren 94

Weitere Systeme

CAN-Bus 96

Reifendruckkontrollsystem 110

4

Das Abgasrückführungssystem

Immer strengere Gesetze machten es notwendig, die Abgasemissionen

weiter zu senken. Dies gilt sowohl für Diesel- als auch für Benzinmotoren.

Mit Hilfe der sog. Abgasrückführung wird der Ausstoß an Stickoxiden

gesenkt. Bei Benzinmotoren wird im Teillastbereich außerdem der

Kraftstoffverbrauch reduziert.

Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen im Brennraum des

Motors Stickoxide. Durch die Rückführung eines Teiles des Abgases zur

frischen Ansaugluft wird die Verbrennungstemperatur im Brennraum abge-

senkt. Aufgrund der niedrigeren Verbrennungstemperatur wird die

Entstehung von Stickoxiden vermieden.

Die Höhe der Abgasrückführungsrate bei Diesel- und Benzinmotoren wird

durch nachfolgende Tabelle verdeutlicht:

Diesel Benzin Benzin

(Direkteinspritzer)

AGR-Rate (max) 50 % 20 % Bis zu 50 % (je nach

Motorbetrieb, homogene oder

geschichtete Ladung)

Abgastemperatur, wenn das 450 °C 650 °C 450 °C bis zu 650 °C

AGR-System aktiv ist

Warum wird ein AGR-System Stickoxid- und Stickoxid- und Stickoxid- und

verwendet? Geräuschreduzierung Verbrauchsreduzierung Verbrauchsreduzierung

Welchen Einfluss hat die

Abgasrückführung auf die

Verbrennung?

Man unterscheidet zwei Arten der Abgasrückführung:

Die „innere“ und „äußere“ Abgasrückführung.

Bei der inneren Abgasrückführung erfolgt die Mischung zwischen

Abgas und frischem Gemisch innerhalb des Brennraums. Dies wird bei

allen Viertaktmotoren durch die systembedingte Ventilüberschneidung von

Einlass- und Auslassventil erreicht. Bedingt durch die Konstruktion ist die

Abgasrückführungsrate sehr gering und kann auch nur begrenzt beein-

flusst werden. Erst seit der Entwicklung der variablen Ventilsteuerung

kann, last- und drehzahlabhängig, aktiv auf die Rückführungsrate Einfluss

genommen werden.

Die äußere Abgasrückführung erfolgt über eine zusätzliche Leitung

zwischen dem Abgaskrümmer/-rohr und dem Ansaugkrümmer sowie dem

AGR-Ventil. Die ersten Systeme wurden durch ein Tellerventil gesteuert,

das durch eine Unterdruckdose (pneumatischer Antrieb) geöffnet oder

geschlossen wird. Dabei diente der Saugrohrdruck als Steuergröße für die

Unterdruckdose. Damit war die Stellung des Tellerventils vom Betriebszu-

stand des Motors abhängig. Um mehr Einfluss auf die Abgasrückführungs-

rate zu bekommen, wurden pneumatische Rückschlag- und Druck-

begrenzungsventile sowie Verzögerungsventile eingebaut. Einige Systeme

berücksichtigen als Regeldruck für die Unterdruckdose zusätzlich den

Abgasgegendruck. In manchen Betriebszuständen wird die Abgasrück-

führung ganz abgeschaltet. Dies wird durch den Einbau von elektrischen

Umschaltventilen in die Steuerleitung ermöglicht. Trotz dieser Möglichkeiten

der Einflussnahme war das System immer abhängig vom Lastzustand des

Motors und dem damit verbundenen Saugrohrunterdruck zum Steuern

der Unterdruckdose.

Um den Anforderungen moderner Motoren gerecht und unabhängig vom

Saugrohrunterdruck zu werden, wurden elektrische Antriebe für die Abgas-

rückführungsventile entwickelt. Gleichzeitig wurden Sensoren integriert,

mit denen die Ventilstellung erkannt wird.

1 Steuergerät

2 AGR-Ventil

3 Temperatursensor

4 Elektro-pneumatischer

Druckwandler

5 Lambdasonde

6 Katalysator

Wie erfolgt die

Abgasrückführung?

AGR-System

5

6

Diese Entwicklungen ermöglichen

eine exakte Regelung mit kurzen

Stellzeiten. Als elektrischer Antrieb

werden heute neben Schrittmotoren,

Hub- und Drehmagneten auch

Gleichstrommotoren eingesetzt.

Auch das eigentliche Regelventil

wurde im Laufe der Zeit verändert.

Außer Nadel- und Tellerventilen mit

unterschiedlichen Größen und

Abmessungen kommen heute auch

Drehschieber- und Klappenventile

zum Einsatz.

Abgasrückführungsventil:

Das Abgasrückführungsventil ist das wichtigste Bauteil des Systems. Es

ist die Verbindung zwischen dem Abgasrohr und dem Ansaugtrakt. Je

nach Ansteuerung gibt es die Ventilöffnung frei und lässt Abgas in den An-

saugkrümmer strömen. Das Abgasrückführungsventil gibt es in verschie-

denen Ausführungen: Ein- oder Zweimembranenausführung, mit und ohne

Lagerückmeldung oder Temperaturfühler und natürlich elektrisch gesteuert.

Lagerückmeldung bedeutet, dass an dem Abgasrückführungsventil ein

Potentiometer angebaut ist, welches dem Steuergerät Signale über die

Stellung des Ventils gibt. Dies ermöglicht eine genaue Erfassung der

zurückgeführten Abgasmenge in jedem Lastzustand. Ein evtl. angebauter

Temperaturfühler dient zur Eigendiagnose des Abgasrückführungsventils.

Druckwandler:

Druckwandler haben die Aufgabe, den notwendigen Unterdruck für das

Abgasrückführungsventil zu steuern. Sie passen den Unterdruck dem

jeweiligen Lastzustand des Motors an, um eine genau festgelegte

Rückführungsrate einzuhalten. Ihre Ansteuerung erfolgt mechanisch oder

elektrisch.

Thermoventile:

Sie haben eine ähnliche Aufgabe wie die Druckwandler, arbeiten aber

temperaturabhängig. Druckwandler und Thermoventile können auch kom-

biniert werden.

Komponenten eines

Abgasrückführungssystems

Elektrisches AGR-Ventil

Eingebautes AGR-Ventil

Druckwandler


7

Aufgrund der hohen Belastungen ist das AGR-Ventil sicherlich die größte

Fehlerquelle. Durch Ölnebel und Ruß aus dem Abgas versottet das Ventil

und der Querschnitt der Ventilöffnung verkleinert sich im Laufe der Zeit, bis

hin zum kompletten Verschluss. Dadurch bedingt sinkt ständig die zurück-

geführte Abgasmenge, was sich im Abgasverhalten widerspiegelt. Die

hohe thermische Belastung begünstigt diesen Vorgang noch. Auch das

Schlauchsystem für den Unterdruck ist häufig Ursache für auftretende

Fehler. Durch Undichtigkeiten geht der benötigte Unterdruck für das AGR-

Ventil verloren und das Ventil öffnet nicht mehr. Ein mangels Unterdruck

nicht funktionierendes AGR-Ventil kann natürlich auch durch einen defekten

Druckwandler oder ein nicht korrekt arbeitendes Thermoventil verursacht

werden.

Um das Abgasrückführungssystem zu prüfen, gibt es verschiedene

Möglichkeiten. Diese sind abhängig davon, ob das System eigendia-

gnosefähig ist oder nicht. Systeme, die nicht eigendiagnosefähig sind,

können mit einem Multimeter, einer Handunterdruckpumpe und einem

Digitalthermometer geprüft werden. Bevor aber mit aufwändigen

Prüfungen begonnen wird, ist eine Sichtprüfung aller systemrelevanten

Bauteile durchzuführen. Das bedeutet:

Sind alle Unterdruckleitungen dicht, richtig angeschlossen und ohne

abgeknickt zu sein verlegt?

Sind alle elektrischen Anschlüsse am Druckwandler und Umschalter

richtig angeschlossen? Sind die Kabel in Ordnung?

Gibt es Undichtigkeiten am AGR-Ventil oder den angeschlossenen

Leitungen?

Wird bei der Sichtprüfung kein Mangel festgestellt, muss mit weiteren

Tests und Messungen das System geprüft werden.

Bei der Prüfung von unterdruckgesteuerten AGR-Ventilen gilt folgende

Vorgehensweise:

Ventile mit einer Membran

Bei abgestelltem Motor die Unterdruckleitung abziehen und die Handunter-

druckpumpe anschließen. Einen Unterdruck von ca. 300 mbar erzeugen.

Ist das Ventil in Ordnung, darf der Druck innerhalb von 5 Minuten nicht

abfallen. Bei laufendem, betriebswarmen Motor die Prüfung wiederholen.

Bei einer Druckdifferenz von ca. 300 mbar muss sich der Leerlauf ver-

schlechtern oder der Motor ausgehen. Ist das Ventil mit einem Temperatur-

fühler ausgestattet, kann dieser ebenfalls geprüft werden. Dazu den

Temperaturfühler ausbauen und den Widerstand messen. Die ungefähren

Widerstandswerte bei den einzelnen Temperaturen sind in folgender

Tabelle aufgelistet:

Auftretende Fehler und

Ursachen

Temperatur Widerstand

20 °C > 1000 kW

70 °C 160–280 kW

100 °C 60–120 kW

Prüfung von unterdruck-

gesteuerten AGR-Ventilen

an Ottomotoren:

8

Nutzen Sie zum Erwärmen eine Heißluftpistole oder heißes Wasser. Mit

dem Digitalthermometer prüfen Sie die Temperatur, um die gemessenen

Werte mit den Sollwerten zu vergleichen.

Ventile mit zwei Membranen

Ventile mit seitlich versetzten Unterdruckanschlüssen werden nur durch

einen Anschluss geöffnet. Diese können übereinander oder seitlich ver-

setzt auf einer Ebene angeordnet sein. Ventile, deren Unterdruckanschlüsse

übereinander angeordnet sind, arbeiten zweistufig. Über den oberen

Anschluss wird das Ventil zum Teil, über den unteren Anschluss komplett

geöffnet. Ventile mit seitlich versetzten Unterdruckanschlüssen werden nur

durch einen Anschluss geöffnet. Die Kennzeichnung der Anschlüsse erfolgt

durch eine Farbmarkierung. Dabei sind folgende Kombinationen möglich:

Schwarz und braun

Rot und braun

Rot und blau

An dem rot oder schwarz markierten Anschluss wird die Unterdruckver-

sorgung angeschlossen. Die Dichtigkeitsprüfungen erfolgen unter den

gleichen Bedingungen wie bei den Ventilen mit einer Membran, sind aber

an beiden Unterdruckanschlüssen durchzuführen. Um die Unterdruckver-

sorgung des Ventils zu prüfen, kann die Handunterdruckpumpe als

Manometer verwendet werden. Sie wird an die Versorgungsleitung des

AGR-Ventils angeschlossen. Bei laufendem Motor wird der vorherrschen-

de Unterdruck angezeigt. Bei Ventilen mit übereinander angeordneten

Anschlüssen ist die Handunterdruckpumpe an der Leitung des unteren

Anschlusses anzuschließen, bei seitlich versetzt angeordneten Anschlüssen

an der Leitung des roten oder schwarzen Anschlusses.

AGR-Ventile an Dieselmotoren lassen sich auf dieselbe Weise prü-

fen wie bei Ottomotoren:

Bei abgestelltem Motor ist mit der Handunterdruckpumpe ein Unterdruck

von ca. 500 mbar zu erzeugen. Dieser Unterdruck muss für 5 Minuten

gehalten werden und darf nicht abfallen. Es kann ebenfalls eine Sicht-

prüfung vorgenommen werden. Dazu wieder mit der Handunterdruck-

pumpe über den Unterdruckanschluss einen Unterdruck erzeugen. Durch

die Öffnungen die Ventilstange (Verbindung zwischen Membran und Ventil)

beobachten. Sie muss sich gleichmäßig mit dem Betätigen der Hand-

unterdruckpumpe bewegen.

AGR-Ventile an

Dieselmotoren

Dichtigkeitsprüfung eines

AGR-Ventils


9

AGR-Ventile mit Potentiometer

Einige AGR-Ventile besitzen ein Potentiometer zur Lagerückmeldung des

Ventils. Die Prüfung des AGR-Ventils erfolgt wie oben beschrieben. Bei der

Prüfung des Potentiometers ist folgendermaßen vorzugehen:

Den 3-poligen Stecker abziehen und mit einem Multimeter den Gesamt-

widerstand an Pin 2 und Pin 3 des Potentiometers messen. Der gemesse-

ne Wert muss zwischen 1500 Ω und 2500 Ω liegen. Um den Widerstand

der Schleifbahn zu messen, muss das Multimeter an Pin 1 und Pin 2 an-

geschlossen werden. Mit der Handunterdruckpumpe das Ventil langsam

öffnen. Der gemessene Wert beginnt bei ca. 700 Ω und steigt bis auf

2500 Ω an.

Prüfung von mechanischen Druckwandlern:

Bei dieser Prüfung wird die Handunterdruckpumpe nicht zum Unterdruck

Erzeugen genutzt, sondern als Manometer angewendet. Den Unterdruck-

schlauch vom Druckwandler zum AGR-Ventil am Druckwandler abziehen

und die Unterdruckpumpe anschließen. Den Motor starten und das Ge-

stänge vom Druckwandler langsam bewegen. Die Anzeige des Mano-

meters der Unterdruckpumpe muss sich dementsprechend bewegen.

Prüfung von elektro-pneumatischen Druckwandlern:

Auch hier wird die Handunterdruckpumpe wieder als Manometer genutzt.

Der Anschluss am elektro-pneumatischem Druckwandler erfolgt wieder an

dem Unterdruckanschluss der zum AGR-Ventil führt. Den Motor starten

und den Stecker vom elektrischen Anschluss des Druckwandlers abzie-

hen. Der angezeigte Unterdruck auf dem Manometer darf 60 mbar nicht

überschreiten. Den Stecker wieder aufstecken und die Motordrehzahl

erhöhen. Der angezeigte Wert auf dem Manometer muss gleichzeitig

ansteigen.

Um den Widerstand der Wicklung des Druckwandlers zu prüfen, den

elektrischen Anschlussstecker wieder abziehen und ein Multimeter an den

beiden Anschlusspins anschließen. Der Widerstandswert sollte zwischen

4 Ω und 20 Ω liegen.

Prüfung von Druckwandlern,

Umschaltventilen und

Thermoventilen

Prüfung eines Druckwandlers

10

Um die Ansteuerung des Druckwandlers zu prüfen, das Multimeter an die

Anschlüsse des Steckers anschließen und den angezeigten Spannungs-

wert beobachten. Dieser muss sich mit der Veränderung der Motordrehzahl

ebenfalls ändern.

Prüfung von elektrischen Druckwandlern:

Die Prüfung von elektrischen Druckwandlern ist identisch mit der Prüfung

von Elektro-Umschaltventilen.

Prüfung von Elektro-Umschaltventilen:

Elektro-Umschaltventile verfügen über drei Unterdruckanschlüsse. Sollten

nur zwei Anschlüsse belegt sein, ist der dritte Anschluss mit einer Ver-

schlusskappe versehen, die nicht abdichten darf. Zur Prüfung kann mit

der Handunterdruckpumpe eine Durchgangsprüfung an den Ausgangs-

leitungen des Umschaltventils durchgeführt werden. Dazu die Unterdruck-

pumpe an eine Ausgangsleitung anschließen. Kann ein Unterdruck

erzeugt werden, muss das Umschaltventil mit Spannung versorgt werden.

Wichtig: Ist am Anschluss des Umschaltventils die Polarität der Anschlüsse

(+ und -) vorgegeben, dürfen diese nicht verwechselt werden. Ist das

Umschaltventil mit Spannung beaufschlagt, muss es umschalten und der

erzeugte Unterdruck wird abgebaut. Die gleiche Prüfung für den anderen

Anschluss wiederholen.

Prüfung von Thermoventilen:

Zum Prüfen von Thermoventilen müssen die Unterdruckschläuche abge-

zogen werden. Am Mittelanschluss die Handunterdruckpumpe anschlie-

ßen. Bei kaltem Motor darf das Thermoventil keinen Durchgang haben.

Hat der Motor Betriebstemperatur, muss das Ventil den Durchgang öffnen.

Um unabhängig von der Motortemperatur zu sein, kann das Thermoventil

ausgebaut werden und in einem Wasserbad oder mit dem Heißluftfön

erhitzt werden. Dabei ist ständig die Temperatur zu überwachen, um die

Schaltpunkte herauszufinden.

Widerstandsmessung am

Druckwandler


Widerstandsmessung am

Druckwandler

11

Alle hier aufgeführten Prüfwerte sind ungefähre Angaben. Um exakte

Angaben zu erhalten, müssen fahrzeugspezifische Anschlusspläne und

Prüfwerte vorliegen.

Diagnosefähige AGR-Systeme können mit einem geeigneten Diagnose-

gerät geprüft werden. Dabei ist wieder entscheidend, wie tief die Prüftiefe

des verwendeten Gerätes und des zu prüfenden Systems ist. Teilweise ist

es nur möglich den Fehlerspeicher auszulesen, teilweise können aber auch

Messwertblöcke ausgelesen und ein Stellgliedtest durchgeführt werden.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass Bauteile mit geprüft werden,

die nur indirekt Einfluss auf das AGR-System haben. Zum Beispiel der

Luftmassenmesser oder Motortemperaturfühler. Bekommt das Steuergerät

einen falschen Wert vom Luftmassenmesser, wird auch die zurückzufüh-

rende Abgasmenge falsch berechnet. Dadurch kann es zu einer Verschlech-

terung der Abgaswerte und massiven Motorlaufproblemen kommen. Bei

elektrischen AGR-Ventilen ist es möglich, dass während der Diagnose

keine Fehler angezeigt werden und auch ein Stellgliedtest keinen Aufschluss

über Probleme gibt. In diesem Fall kann das Ventil stark verschmutzt sein

und die Ventilöffnung nicht mehr den vom Steuergerät geforderten Quer-

schnitt freigeben. Es ist daher ratsam, das AGR-Ventil auszubauen und

auf Verschmutzungen zu prüfen.

Prüfung mit einem

Diagnosegerät

AGR-Datenliste

AGR-Stellgliedtest

12

Im Laufe der Entwicklung von Dieselmotoren reichte die mechanische

Steuerung nicht mehr aus um dem technischen Fortschritt gerecht zu

werden. Immer strengere Abgasnormen und der Wunsch nach geringerem

Verbrauch und mehr Leistung machten es notwendig für Dieselmotoren

eine elektronische Regelung zu entwickeln. Im Jahre 1986 kam die erste

EDC (Electronic Diesel Control) zum Einsatz. Heute ist die EDC fester

Bestandteil von modernen Hochdruck-Dieseleinspritzsystemen. Ohne sie

wäre eine Realisierung der komfortablen, leistungsfähigen Dieseleinspritz-

systeme nicht möglich.

Vom Grundsatz ist sie vergleichbar mit einem Einspritzsystem bei Benzin-

motoren. Die EDC kann in drei Teilbereiche aufgeteilt werden:

Sensoren

Steuergerät

Aktuatoren

Die Sensoren erfassen alle Ist- und Soll-Zustände. Das bedeutet, dass zum

Beispiel die Motortemperatur und der Kraftstoffdruck als Ist-Werte erfasst

werden, aber auch Sollwerte wie zum Beispiel die Gaspedalstellung. Die

Sensoren erfassen die Betriebsbedingungen und wandeln physikalische

oder chemische Messgrößen in elektrische Signale um, die sie an das

Steuergerät weitergeben. Durch die hohen Anforderungen an die Sensoren,

sind sie im Laufe der Zeit immer kleiner und leistungsfähiger geworden.

Herkömmliche Sensoren sind in der Regel Einzelbauteile, die ein analoges

Signal an das Steuergerät liefern, wo es weiter aufbereitet wird. Neue

Sensoren in der EDC verfügen über eine Signalaufbereitung, einen Analog-

Digital-Wandler und manchmal auch über eine Auswertelektronik. Die

Signalübertagung zum Steuergerät erfolgt digital. Daraus ergeben sich

viele Vorteile:

Die Sensoren können kleinere Messwerte erfassen.

Die Übertragung zum Steuergerät ist störsicher.

Die Rechnerleistung des Steuergerätes kann reduziert werden.

Die Sensoren sind datenbusfähig und ihre Informationen können

mehrfach genutzt werden.

EDC – Elektronische Diesel Regelung

EDC – Elektronische

Diesel Regelung

Wie funktioniert die EDC?

Die Sensoren:

13

Die verschiedenen Sensoren:

Die Drehzahlsensoren erfassen je nach Einspritzsystem die Drehzahlen

und Stellungen verschiedener rotierender Wellen. Wichtigster Sensor ist

der Motordrehzahlsensor. Er erfasst die Motordrehzahl und die Stellung

der Kurbelwelle. Der Drehzahlgeber ist in der Regel ein Induktivsensor

(passiver Sensor). Er besteht aus einem Eisenkern, um den eine Spule

gewickelt ist und ist verbunden mit einem Dauermagneten. Dreht sich

das Impulsrad, kommt es zur Änderung des magnetischen Flusses in der

Spule, wodurch eine sinusförmige Spannung induziert wird. Die Frequenz

und Amplitudenhöhe sind proportional zur Motordrehzahl. Durch Verändern

eines Zahnabstandes auf dem Impulsrad kann das Signal verändert wer-

den und Aufschluss über die Stellung der Kurbelwelle geben. Einige

Fahrzeughersteller verwenden auch aktive Sensoren. Diese Sensoren

arbeiten nach dem Hallgeber Prinzip. Anstelle der Zähne sind auf dem

Impulsrad Magnetpolpaare angebracht (wechselweise ein Nord- ein

Südpol). Auch hier wird über einen veränderten Abstand die Bezugsmarke

zur Kurbelwellenstellung erzeugt. Anders als der Induktivsensor erzeugt

der Hallsensor ein Rechtecksignal dessen Frequenz ebenfalls proportional

zur Drehzahl ist.

Für den Motorstart ist ebenfalls die Stellung der Nockenwelle erforderlich.

Das Steuergerät benötigt die Information, welcher Zylinder sich gerade im

Verdichtungstakt befindet. Die Stellung der Nockenwelle wird über einen

Hallsensor ermittelt, der ein oder mehrere Bezugsmarken auf der Nocken-

welle abtastet. Daraus entsteht ein Rechtecksignal, das an das Steuergerät

geleitet wird. Bei Pumpe-Düse-Systemen befindet sich auf dem Nocken-

wellenrad für jeden Zylinder in entsprechendem Abstand ein Zahn. Um die

Zähne einem Zylinder zuordnen zu können, wird in unterschiedlichen

Abständen, den Zähnen eine weitere Bezugsmarke angeordnet (nicht für

den vierten Zylinder). Aus dem Zeitversatz der beiden Rechtecksignale

kann das Steuergerät die Signale den einzelnen Zylindern zuordnen.

Um die exakte Einspritzmenge und Abgasrückführungsrate zu bestimmen,

benötigt das Steuergerät die Information über die angesaugte Luftmasse.

Die Luftmasse wird über den im Ansaugrohr eingebauten Luftmassen-

messer gemessen.

Drehzahlsensoren

Nockenwellensensor

Luftmassenmesser

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Die Temperatursensoren sind in der Regel als NTC ausgelegt. Das bedeutet,

im Gehäuse befindet sich ein Messwiderstand aus Halbleitermaterial mit

einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC). Sie haben bei niedrigen

Temperaturen einen hohen Widerstand, der mit steigender Temperatur

abnimmt.

Der Motortemperatursensor ist in den Kühlmittelkreislauf des Motors ein-

gebaut. Er erfasst die Kühlmitteltemperatur, die Rückschlüsse auf die

Motortemperatur gibt. Das Steuergerät benötigt die Motortemperatur als

Korrekturwert für die Berechnung der Einspritzmenge.

Der Kraftstofftemperatursensor ist auf der Niederdruckseite des Kraftstoff-

systems eingebaut. Er erfasst die Temperatur des Kraftstoffs. Mit sich

ändernder Temperatur ändert sich die Dichte des Kraftstoffs. Das Steuer-

gerät benötigt die Kraftstofftemperatur zur genauen Berechnung des

Einspritzbeginns und der Einspritzmenge. Über den Messwert des

Temperatursensors wird ebenfalls eine eventuell vorhandene Kraftstoff-

kühlung gesteuert.

Der Lufttemperatursensor erfasst die Temperatur der angesaugten Luft.

Der Ansauglufttemperatursensor kann als separater Sensor im Ansaug-

trakt eingebaut sein, oder er ist in den Saugrohrdrucksensor integriert.

Wie beim Kraftstoff ändert sich auch bei der Luft die Dichte bei einer

Temperaturänderung. Die Information über die Ansauglufttemperatur dient

dem Steuergerät als Korrekturwert für die Ladedruckregelung.

Im Gehäuse des Drucksensor befindet sich die Auswertelektronik und

eine Messzelle. In dieser Messzelle befindet sich eine Membrane, die eine

Referenzdruckkammer einschließt, auf die vier Dehnwiderstände in

Brückenschaltung angebracht sind. Zwei dieser Dehnwiderstände dienen

als Messwiderstände und befinden sich in der Mitte der Membrane. Die

beiden anderen Widerstände sind außen an der Membrane angebracht

und dienen als Referenzwiderstände zur Temperaturkompensation. Ändert

die Membrane durch den einwirkenden Druck ihre Form, ändert sich die

Leitfähigkeit der Messwiderstände und dadurch auch die Messspannung.

Diese Messspannung wird durch die Auswertelektronik aufbereitet und an

das Motorsteuergerät weitergeleitet.

Der Ladedrucksensor erfasst den Druck im Saugrohr zwischen dem

Turbolader und Motor. Gemessen wird der Ladedruck nicht gegen den

Umgebungsdruck sondern gegen einen Referenzdruck im Sensor. Der

Sensor liefert dem Steuergerät die Information über den Ladedruck. In

dem Kennfeld für die Ladedruckregelung werden die Soll- und Istwerte

verglichen und der Ladedruck über die Ladedruckbegrenzung an den

Motorbedarf angepasst.

Temperatursensoren

Drucksensoren


15

Der Umgebungsdrucksensor (Höhengeber) erfasst den Umgebungsdruck.

Da dieser je nach Höhenlage schwankt, wird der Wert vom Steuergerät

zur Korrektur der Ladedruckregelung und des Abgasrückführungssystems

genutzt. Der Umgebungsdrucksensor ist häufig ins Steuergerät integriert,

kann aber auch als separater Sensor im Motorraum untergebracht sein.

Der Kraftstoffdrucksensor erfasst den Kraftstoffdruck. Hier gibt es zwei

Anwendungen: den Kraftstoffdrucksensor im Niederdruckbereich zum

Beispiel im Kraftstofffilter. Dadurch lässt sich die Verschmutzung des

Kraftstofffilters überwachen. Die zweite Anwendung ist die Überwachung

des Kraftstoffdrucks auf der Hochdruckseite. Im Common-Rail System

wird hier der Raildrucksensor eingesetzt.

Der Nadelbewegungssensor erfasst den tatsächlichen Öffnungszeitpunkt

der Einspritzdüse. Diese Information benötigt das Steuergerät um den

Einspritzbeginn mit den Daten aus dem Kennfeld zu vergleichen, damit die

Einspritzung jeweils zum richtigen Zeitpunkt erfolgt. Der Nadelbewegungs-

sensor ist aufgebaut aus einem Druckbolzen, der von einer Magnetspule

umgeben ist. Wird der Druckbolzen durch das Öffnen der Düsennadel

mechanisch betätigt, ändert sich das Magnetfeld in der Magnetspule. In

der Spule, die vom Steuergerät mit einer konstanten Spannung versorgt

wird, ändert sich dadurch auch die anliegende Spannung. Aus der zeit-

lichen Verzögerung zwischen der Information des Nadelbewegungs-

sensors und dem OT-Signal des Drehzahlsensors kann das Steuergerät

den realen Einspritzbeginn errechnen.

Der Fahrpedalsensor erfasst die Stellung des Fahrpedals. Dies kann über

eine Weg- oder Winkelmessung des Fahrpedals erfolgen. Der Fahrpedal-

sensor kann direkt an dem Fahrpedal angebracht sein (Fahrpedalmodul)

oder befindet sich im Motorraum. In diesem Fall wird er über einen Seilzug

mit dem Fahrpedal verbunden. Es gibt unterschiedliche Arten von

Fahrpedalsensoren. Einige arbeiten mit einem Potentiometer, das unter-

schiedliche Spannungen an das Steuergerät abgibt, die mit einer Kennlinie

verglichen werden. Anhand der Kennlinie errechnet das Steuergerät die

Stellung des Fahrpedals. Berührungslose Sensoren besitzen anstelle

des Potentiometers einen Hallgeber, der fest installiert ist. Am Fahrpedal

befindet sich ein Magnet, der seine Position je nach Stellung des Fahr-

pedals ändert. Das dadurch entstehende Signal wird verstärkt und als

Spannungssignal an das Steuergerät weitergeleitet. Diese berührungslosen

Sensoren haben den Vorteil, dass sie keinem Verschleiß unterliegen. Im

Fahrpedalsensor sind der Leerlaufschalter und bei Fahrzeugen mit Auto-

matikgetriebe der Kick-Downschalter integriert.

Nadelbewegungssensor

Fahrpedalsensor

(Pedalwertgeber)

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Der Bremsschalter befindet sich am Fußhebelwerk und ist in der Regel

kombiniert mit dem Bremslichtschalter. Er gibt dem Steuergerät ein Signal,

wenn das Bremspedal betätigt wird. Das Steuergerät reduziert daraufhin

die Motorleistung, um ein gleichzeitiges Bremsen und Gasgeben zu ver-

hindern.

Der Kupplungsschalter ist ebenfalls am Fußhebelwerk angebaut. Er gibt

dem Steuergerät die Information, ob das Kupplungspedal betätigt ist.

Bekommt das Steuergerät die Information, dass das Kupplungspedal

betätigt ist, reduziert es kurzzeitig die Einspritzmenge um einen „weichen“

Schaltvorgang zu erzielen.

Das EDC-Steuergerät bekommt ein Signal, ob die Klimaanlage ein- oder

ausgeschaltet ist. Diese Information ist erforderlich um bei eingeschalteter

Klimaanlage die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen. Dadurch wird verhindert,

dass beim Anziehen der Kompressorkupplung die Leerlaufdrehzahl zu

weit absinkt.

Die Information über die aktuelle Geschwindigkeit benötigt das EDC-

Steuergerät zur Steuerung der Kühlerlüfter (Kühlerlüfternachlauf), zur

Ruckeldämpfung während des Schaltvorgangs und für eine evtl. vorhan-

dene Geschwindigkeitsregelanlage.

Von der Geschwindigkeitsregelanlage erhält das EDC-Steuergerät

Informationen ob die Anlage ein- oder ausgeschaltet ist, ob der Fahrer

beschleunigen, verzögern oder die Geschwindigkeit halten möchte.

Bremsschalter

Kupplungspedal-

schalter

Klimaanlage

Geschwindigkeits-

signal

Geschwindigkeits-

regelanlage


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Im EDC-Steuergerät werden alle Informationen, die von den Sensoren

geliefert werden verarbeitet und als Steuerungssignale für die Aktuatoren

ausgegeben. Das eigentliche Steuergerät, eine Leiterplatte mit allen elek-

tronischen Bauteilen, wird in ein Metallgehäuse montiert. Der Anschluss

der Sensoren und Aktuatoren erfolgt über eine vielpolige Steckverbindung.

Die notwendigen Leistungsbauelemente zur direkten Ansteuerung der

Aktuatoren werden auf Kühlkörpern im Metallgehäuse installiert um die

auftretende Wärme abzuführen.

Bei der Konstruktion müssen noch weitere Anforderungen berücksichtigt

werden. Diese Anforderungen betreffen die Umgebungstemperatur,

mechanische Beanspruchung und Feuchtigkeit. Genauso wichtig ist die

Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen und die Begren-

zung der Abstrahlung hochfrequenter Störsignale. Das Steuergerät muss

bei Temperaturen von –40 °C bis ca. +120 °C einwandfrei arbeiten.

Damit in jedem Betriebszustand des Motors die richtigen Ansteuerungs-

signale für die Aktuatoren vom Steuergerät ausgegeben werden, muss

das Steuergerät „echtzeitfähig“ sein. Dies erfordert eine hohe Rechen-

leistung und Rechnerarchitektur.

Das EDC-Steuergerät

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Die Eingangssignale der Sensoren erreichen das Steuergerät in unter-

schiedlicher Form. Sie werden deshalb über Schutzbeschaltungen und

wenn notwendig über Verstärker und Signalwandler geleitet und dann

vom Mikroprozessor direkt verarbeitet. Analoge Signale, zum Beispiel von

der Motor- und Ansauglufttemperatur, der angesaugten Luftmenge, der

Batteriespannung, Lambdasonde usw., werden im Mikroprozessor von

einem Analog/Digitalwandler in digitale Werte umgewandelt. Um Stör-

impulse zu verhindern, werden Signale von induktiven Sensoren, zum

Beispiel zur Drehzahlerfassung und Bezugsmarkengeber, in einem

Schaltungsteil aufbereitet.

Um die Eingangssignale verarbeiten zu können, benötigt der Mikroprozessor

ein Programm. Dieses Programm wird auf einem Festwertspeicher (ROM

oder EPROM) abgelegt. In diesem Festwertspeicher sind zudem die benö-

tigten motorspezifischen Kennfelder und Kennlinien für die Motorsteuerung

gespeichert. Um die Funktion einiger fahrzeugspezifischer Ausstattungen

oder Motorvarianten zu realisieren, wird vom Fahrzeughersteller oder von

der Werkstatt eine Variantencodierung durchgeführt. Dieses ist notwendig,

wenn das Steuergerät als Ersatzteil getauscht wird oder einzelne Sensoren

oder Aktuatoren erneuert werden. Um die Anzahl von verschiedenen

Steuergeräten beim Fahrzeughersteller möglichst gering zu halten, werden

bei einigen Gerätetypen die gesamten Datensätze erst am Ende der Pro-

duktion auf das EPROM aufgespielt (EOL = End Of Line Programmierung).

Neben dem ROM oder EPROM wird auch ein Schreib-Lese-Speicher

(RAM) benötigt. Er hat die Aufgabe Rechenwerte, Adaptionswerte und

eventuell auftretende Fehler im gesamten System zu speichern, damit sie

mit einem Diagnosegerät ausgelesen werden können. Dieser RAM-Speicher

benötigt eine permanente Stromversorgung. Wird die Stromversorgung

unterbrochen, zum Beispiel beim Abklemmen der Batterie, gehen die

gespeicherten Daten verloren. In diesem Fall müssen alle Adaptionswerte

vom Steuergerät neu ermittelt werden. Um den Verlust der variablen Werte

zu vermeiden, werden diese bei einigen Gerätetypen anstatt in einem RAM

in einem EPROM gespeichert.

Die Signalausgabe zur Ansteuerung der Stellglieder erfolgt über Endstufen.

Der Mikroprozessor steuert diese Endstufen, die ausreichend Leistung für

den direkten Anschluss der einzelnen Stellglieder haben. Diese Endstufen

sind so geschützt, dass sie durch Kurzschlüsse gegen Masse und

Batteriespannung sowie elektrische Überlastung nicht zerstört werden

können.

Durch die Eigendiagnose können auftretende Fehler an einigen Endstufen

erkannt und notfalls der Ausgang abgeschaltet werden. Dieser Fehler wird

dann im RAM abgespeichert und kann in der Werkstatt mit einem

Diagnosegerät ausgelesen werden.


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Die Aktuatoren (Stellglieder) führen die vom Steuergerät berechneten

Befehle aus. Dies bedeutet, sie wandeln elektrische Signale vom Steuer-

gerät in physikalische Größen um. Die wichtigsten Aktuatoren sind die

Magnetventile für die Druck-, Mengen- und Spritzbeginnregelung. Hier gibt

es diverse Unterschiede, abhängig vom Einspritzsystem (Pumpe-Düse,

Common-Rail).

Weitere Aktuatoren sind die elektro-pneumatischen Drucksteller. Mittels

einer Unterdruckdose, die durch ein elektromagnetisches Ventil mit Unter-

druck geregelt wird, werden die elektrischen Signale des EDC-Steuer-

gerätes in eine mechanische Regelung umgesetzt.

Elektro-pneumatische Druckwandler sind:

Das Abgasrückführungsventil regelt die Abgasmenge, die der Ansaugluft

zugeführt wird.

Der Ladedrucksteller regelt den Ladedruck. Dies kann durch Öffnen und

Schließen eines Bypassventils erfolgen oder bei einem Turbolader mit vari-

abler Turbinengeometrie, durch Verstellen des Anstellwinkels der

Leitschaufeln.

Aktuatoren

Das Abgasrück-

führungsventil

Der Ladedrucksteller

20

Die Regelklappe dient zur Verbesserung der Abgasrückführung. Im unte-

ren Drehzahl- und Lastbereich baut sie den Überdruck im Ansaugrohr ab

und erleichtert dem zurückgeführten Abgas das Einströmen in den

Brennraum.

Der Drallsteller nimmt Einfluss auf die Drehbewegung der Ansaugluft.

Durch eine Erhöhung der Drallbewegung im niedrigen Drehzahlbereich

und einen schwächeren Drall bei hohen Drehzahlen, wird eine bessere

Vermischung der Ansaugluft und dem Kraftstoff im Brennraum erreicht.

Dies führt zu einer besseren Verbrennung.

Die Saugrohrklappe wird beim Abstellen des Motors geschlossen. Sie

stoppt die Frischluftzufuhr und ermöglicht so ein „weiches“ Auslaufen des

Motors.

Weitere Aufgaben und Komponenten, die vom Steuergerät erfüllt

und angesteuert werden:

Vorglühanlage

Das Steuergerät steuert die Vorglühanlage durch ein zusätzliches

Vorglührelais oder ein weiteres Vorglühsteuergerät.

Kraftstoffkühlung

Die Kraftstoffkühlung wird ebenfalls durch ein zusätzliches Relais gesteuert.

Kühlerlüfter

Je nach Kühlmitteltemperatur wird der Kühlerlüfter angesteuert. Auch der

Lüfternachlauf wird abhängig vom Lastzustand des letzten Fahrzyklus

geregelt.

Zusatzheizung

Abhängigkeit von der Generatorbelastung wird die Zusatzheizung ange-

steuert.

Klimaanlage

Um die volle Motorleistung bei Volllast zu nutzen, wird bei zu hohen

Motortemperaturen und im Notlaufprogramm zur Schonung des Motors,

der Klimaanlagenkompressor abgeschaltet.

Die Regelklappe

Der Drallsteller

Die Saugrohrklappe


21

Kontrollleuchten

Bei auftretenden Fehlern wird die Motorkontrollleuchte aktiviert. Die

Vorglühkontrollleuchte wird bei Bedarf angesteuert.

Zusätzlich werden vom Steuergerät Signale für den Drehzahlmesser

und/oder die Multifunktionsanzeige bereitgestellt. Es beinhaltet die

Kommunikationsschnittstellen für andere Fahrzeugsysteme und die

Diagnose.

Die Diagnose und Fehlersuche in einem EDC-System unterscheidet sich

nicht mehr von der bei Gemischaufbereitungssystemen bei Ottomotoren.

Auch hier ist mittlerweile ein geeignetes Diagnosegerät unbedingt erforder-

lich. Neben dem Diagnosegerät sollte ein Multimeter, besser noch ein

Oszilloskop vorhanden sein, wenn diese nicht im Diagnosegerät integriert

sind.

Die Prüftiefe hängt auch bei der EDC von den freigegebenen Diagnose-

funktionen des Fahrzeugherstellers und den Möglichkeiten des Diagnose-

geräteherstellers ab.

Der erste Schritt bei der Diagnose sollte das Auslesen des Fehlerspeichers

im Steuergerät sein. Durch die Möglichkeit der Eigendiagnose werden auf-

tretende Fehler gespeichert. Die abgespeicherten Fehlercodes können

teilweise mit weiteren Informationen versehen sein. Es werden Angaben

gemacht, ob der Fehler sporadisch auftritt oder permanent vorhanden ist.

Auch Informationen wie „Kurzschluss/Leitungsunterbrechung“ oder

„Signal fehlerhaft“ können mit angegeben werden.

Auslesen des

Fehlerspeichers

Diagnose und

Fehlersuche

22

Zu beachten ist, dass ein Eintrag im Fehlerspeicher immer alle Kompo-

nenten des betroffenen Sensors/Aktuators umfasst. Das bedeutet, der

Fehler kann auch in der Verkabelung, dem Stecker oder evtl. an einer

mechanischen Beschädigung liegen.

Durch das Auslesen der Messwertblöcke (Istwerte-Abfrage) können die

im Steuergerät verarbeiteten Signale der Sensoren dargestellt werden.

Aber auch hier ist wieder zu beachten, dass nur mit den Istwerten keine

genaue Aussage über mögliche Fehler gemacht werden kann. Hierzu ist

es notwendig, dass auch die erforderlichen Sollwerte vorhanden sind,

um durch einen Vergleich der Soll- und Istwerte auf mögliche Fehler zu

schließen. Sind diese Sollwerte nicht im Diagnosegerät hinterlegt, sind

weitere Informationssysteme oder Fahrzeugherstellerangaben erforderlich.

Das Auslesen der Messwertblöcke eignet sich besonders, um Fehler zu

finden, bei denen kein Eintrag in den Fehlerspeicher erfolgt. Als klassisches

Beispiel der Luftmassenmesser. Durch den Vergleich der Soll- / Istwerte

während einer Probefahrt kann man feststellen, ob die gemessenen Werte

den Anforderungen entsprechen.

Auslesen der

Messwertblöcke


23

Mit dem Stellgliedtest schafft das Diagnosegerät die Möglichkeit, auf ein-

fache Weise die Aktuatoren zu prüfen. Während des Tests werden die

Aktuatoren nacheinander vom Steuergerät angesteuert. Durch Hören,

Sehen oder Fühlen kann festgestellt werden, ob der Aktuator auf das

Signal reagiert und eine Funktion ausführt. Der Stellgliedtest kann auch

genutzt werden, um das Signal des Steuergerätes, die Kabel und Steck-

verbindungen zu prüfen. Dazu sollte während des Stellgliedtests ein

Multimeter oder Oszilloskop am Aktuator angeschlossen werden. Ist das

gemessene Signal in Ordnung, kann man davon ausgehen, dass die

Kabel und Steckverbindungen in Ordnung sind. Der Aktuator sollte dann

auf elektrische oder mechanische Beschädigungen geprüft werden. Fehlt

das Ansteuerungssignal oder ist es fehlerhaft, sollten die Steckverbindungen

und Kabel geprüft werden. Auch hier sind wieder fahrzeugspezifische

Informationen, wie Schaltpläne und Messwerte erforderlich.

Um eine sichere Fehlerdiagnose durchzuführen ist es wichtig, dass zu diag-

nostizierende Motorsystem genau zu kennen. Nicht alle Fehler, die auftre-

ten müssen auch eine elektronische Ursache haben. Es besteht immer

die Möglichkeit, dass es durch Fehler in der Mechanik, z. B. schlechte

Kompression, defekte Einspritzdüsen zu Störungen kommt, die bei der

Fehlersuche auf eine falsche „Fährte“ führen. Grundvoraussetzung ist

immer eine einwandfrei funktionierende Mechanik. Deshalb ist es immer

ratsam, sich durch Schulungen, sowohl im Bereich der Einspritzsysteme

als auch im Umgang mit Diagnose- und Messgeräten, weiterzubilden.

Nur wer alle Zusammenhänge versteht und weiß, wann die gemessenen

Sensorwerte und die Stellung der Aktuatoren welche Auswirkungen im

gesamten System haben, kann eine sichere Fehlerdiagnose durchführen.

Diverse Fachbücher helfen hier ebenfalls sich Kenntnisse über Einspritz-

systeme und Messtechniken anzueignen.

Stellgliedtest

Perfektion

eingebaut

www.beru.com MTZ

Drucksensor-Glühkerze fürDieselmotoren – PressureSensor Glow Plug (PSG)

Sonderdruck aus derMotortechnischen Zeitschrift (MTZ)

Sonderdruck

ENTWICKLUNG Zündung

2 MTZ 11/2004 Jahrgang 65

Drucksensor-Glühkerze (PSG)für DieselmotorenKünftige Emissionsgrenzwerte für Diesel-Fahrzeuge erfordern eine wei-

tere drastische Reduktion der Abgaskomponenten Partikel und Stickoxid.

Da aus heutiger Sicht allein mit den Maßnahmen der Verbrennungsab-

stimmung diese Werte nicht darstellbar sind, wird die aktive Abgasnach-

behandlung im Dieselmotor fester Technologiebaustein. Zusätzlich muss

durch eine Closed-Loop-Regelung die Verbrennung optimiert werden,

um auch die Rohemissionen deutlich zu reduzieren. Die Beru AG hat da-

zu einen Brennraumdrucksensor (Pressure Sensor Glow Plug - PSG) ent-

wickelt, der in die Glühkerze integriert ist.

1 Einleitung

Die künftigen Abgas-Grenzwerte für Die-sel-Motoren in den USA und Europa liegenbei etwa 10-20 % bezogen auf die aktuellenWerte, Bild 1. Die dabei angestrebte Parti-kelreduktion scheint – auch über die gefor-derte Lebensdauer – mit Abgasfiltersyste-men erreichbar. Um jedoch auch die gefor-derten NOX-Ziele darzustellen, reichen dieheute bekannten Nachbehandlungsmaß-nahmen alleine nicht aus. Es gilt daher zu-sätzlich, die Rohemission der Motorendeutlich zu verbessern. Deshalb wird welt-weit intensiv an verschiedenen Brennver-fahren wie HCCI (Homogeneous ChargeCompression Ignition), HCLI (Homogene-ous Charge Late Injection), HPLI (Highly Pre-mixed Late Injection), DCCS (Dilution Con-trolled Combustion System) geforscht, dasich alle diese Verfahren durch sehr niedri-ge NOX-Emissionen auszeichnen.In der Kombination von optimierter Ver-

brennung und Abgas-Nachbehandlungscheinen die Emissions-Grenzwerte dernächsten Stufe erreichbar. Möglicherweisekann sogar vollständig auf eine NOX-Nach-behandlung verzichtet werden.Den genannten Brennverfahren ist aber

eines gemeinsam: Die Zündung erfolgt inAbhängigkeit des Gemischzustands und istdaher nicht mehr „open loop“, wie bisherbeim Dieselmotor üblich, darstellbar. Fürden Aufbau einer „Closed-Loop“-Verbren-nungsregelung sind jedoch Informationenaus dem Brennraum erforderlich. Dies kannbeispielsweise mittels eines Sensors erfol-gen, der die benötigten Daten zur Regelungliefert [2]. Aus konstruktiver Sicht sind je-doch zusätzliche Bohrungen im Zylinder-kopf zu vermeiden. Dies gilt besonders fürmoderne Vierventilköpfe mit ihren be-schränkten Platzverhältnissen.Für die Firma Beru als Spezialist für Diesel-

Kaltstarttechnik und weltweit größtem Her-steller von Glühkerzen sind die hier skizzier-ten Rahmenbedingungen eine besondereHerausforderung, das Projekt unter dem Ge-sichtspunkt „Glühkerze mit Brennraum-Sen-sorfunktion“ in Angriff zu nehmen – nimmtdoch die Glühkerze aufgrund Ihrer Haupt-funktion des dieselmotorischen Kaltstarts ei-ne gemischoptimierte Position im Brenn-raum ein. Sie bietet sich deshalb ideal als Trä-ger für einen solchen Brennraum-Sensor an.Die Ergebnisse verschiedener Konzeptunter-suchungen zur Entwicklung einer Glühkerzemit Brennraum-Sensorfunktion sind im Fol-genden dargestellt.

2 Entwicklungsziele

In Bezug auf die Kundenbedürfnisse wur-den Entwicklungsziele formuliert, bei de-

nen folgende Anforderungen erfüllt seinsollen: keine Beeinträchtigung der Glühfunk-tion die Miniaturisierung des Gesamtsensorswegen der Bauraumbeschränkung im Zy-linderkopf ein robustes und genaues, statischesMessverfahren keine Querempfindlichkeit des Sensors,insbesondere auf Körperschallsignale die Erarbeitung eines modularen Sys-tems, um den Sensor für unterschiedlicheGlühkerzen verwenden zu können die Sicherstellung einfacher Montagebei den Kunden (im Idealfall wie bei einerheutigen Glühkerze).

3 Untersuchte Sensorkonzepte

Vier aus Sicht des Beru-Entwicklungs-teams für das Ziel grundsätzlich geeigneteMessverfahren wurden in die näherenVoruntersuchungen einbezogen: Ionen-strom-Messung, optische Druckmessung,piezo-elektrische Druckmessung und pie-zo-resistive Druckmessung.

3.1 Ionenstrom-Messung

Während des Verbrennungsvorgangs ent-stehen thermisch und chemisch bedingtIonen, so dass durch Anlegen einer Span-nung an eine Sonde, ein vom Verbren-nungsvorgang abhängiger Ionenstrommessbar ist [3].Zur Messung dieses Ionenstroms

mittels einer Glühkerze muss der in denBrennraum ragende Heizstab elektrischvom Körper und damit vom Zylinderkopfgetrennt sein. Dies wird im Inneren durcheine verpresste Kunststoffhülse und im äu-ßeren Bereich durch eine Glas-Keramik-Be-schichtung des Heizstabes erreicht. Umden klassischen, einpoligen elektrischen

3MTZ 11/2004 Jahrgang 65

Die Autoren

Michael Haußner ist

Mitarbeiter in der Ab-

teilung Diesel-Kalt-

starttechnik bei der

Beru AG in Ludwigs-

burg.

Marc Borgers führt

das Texas Instru-

ments-Team zur Inte-

gration der Sensor-

funktion in Glühker-

zen mit der Beru AG.

Dipl.-Ing. Hans Hou-

ben ist Leiter der Ent-

wicklung bei der Beru

AG in Ludwigsburg.

Dipl.-Phys. Ing. Arno

Marto leitet die Sen-

sorentwicklung bei

der Beru AG in Lud-

wigsburg.

Dipl.-Ing. (FH) Frank

Pechhold leitet den

Fachbereich Kon-

struktion in der Sen-

sorentwicklung bei

der Beru AG in Lud-

wigsburg.

1 Einleitung

Bild 1: Derzeitige und künftige Emissionsgrenzwerte für

Pkw-Diesel-Motoren in Europa links und den USA

Anschluss der Glühkerze behalten zu kön-nen, ist im oberen Teil eine Diode inte-griert, die beim Anlegen einer positivenSpannung die Glühfunktion durchschaltetund bei negativer Spannung die Ionen-strom Messung ermöglicht, Bild 2.Das System [3] wurde bis zum B-Mus-

terstand mit mehreren 1000 Betriebsstun-den erprobt. Die Signalauswertung zeigt,dass in erster Näherung eine Korrelationmit dem Wärmefreisetzungsverlauf be-steht. Dabei lassen sich die wesentlichenzeitbasierten Größen wie Verbrennungs-beginn von Vor- und Haupteinspritzung si-cher erfassen. Ebenfalls können die Vorein-spritzung durch Kalibrierung der Injektor-Bestromung über die Lebensdauer des Mo-tors konstant klein gehalten und Verbren-nungsaussetzer oder Düsennadel-Proble-me erkannt werden. Allerdings sind weite-re thermodynamische Größen nur indirektund auch nur bedingt erfassbar.

3.2 Optischer Drucksensor

Es wurde ein optischer Drucksensor einge-setzt, der mit einem Außendurchmesservon nur 1,7 mm die Integration in eineGlühkerze erlaubt. Das Messprinzip desSensors basiert auf einer klassischenDruckmembrane. Gegenüber der verspie-gelten Innenseite sind zwei Lichtleitfasernangeordnet, wobei über eine Faser Lichteingespeist wird und über die zweite Faserein reflektiertes, druckproportionales Sig-nal empfangen werden kann.Positiv ist die erreichte Genauigkeit des

Sensorsignals, kritisch werden der nichtunerhebliche konstruktive Aufwand fürdie Glühkerzenintegration, die Verko-kungsgefahr der Zuführungskanäle sowiedie opto-elektrische Umsetzung gesehen.

3.3 Piezo-elektrischer Sensor

Im Klopfsensor am Motorkurbelgehäusewird heute meist ein piezo-keramischesMesselement auf Bleizirkonat-Titanat-Ba-sis (PZT) verwendet, das in einem Feder-Masse-System eingebunden, die auftreten-den Beschleunigungen aufnimmt und inelektrische Ladung umwandelt [1, 4].In Bild 3 ist die konstruktive Integration

eines ringförmigen, piezo-keramischen Ele-mentes in eine Glühkerze dargestellt. Dabeiwird das Messelement kontaktiert und ent-sprechend isoliert zwischen dem Innenpoolund dem Glühkerzenkörper über eine Mut-ter vorgespannt. Im Zylinderkopf eingebaut,erzeugt der Brennraumdruck eine Kontrak-tion von Glühkerzenkörper und Zylinder-kopfboden und damit eine Relativbewe-gung zwischen Glühkerzen-Innenpol und -körper [1]. Die dadurch hervorgerufene La-dungsänderung am Piezoelement kann anden Kontakten gemessen werden

Grundsätzlich positiv ist bei dieser Kon-struktion der Ansatz, den Sensor nicht demBrennraum direkt auszusetzen, sonderndie Glühkerze als Übertragungselement zubenutzen. Dadurch werden bekannte Pro-bleme der Temperaturfestigkeit und desThermoschocks vermieden.Die von Beru durchgeführten Untersu-

chungen an verschiedenen Motorbetriebs-punkten zeigen allerdings, dass diesesKonzept zwar eine gute Genauigkeit imHochdruckteil bringt, sich jedoch Abwei-chungen im Niederdruckteil ergeben. Zu-dem werden mit wachsender Drehzahlhochfrequente Störungen festgestellt.Dies ist auf die Konstruktion zurückzu-

führen, da letztlich die Glühkerze und derZylinderkopf als Überträger zum Messele-ment dienen und damit auch Körperschall-Ereignisse benachbarter Motorkomponen-ten erfasst werden. Weiterhin werden dieMessung geringer Ladungsänderungenund die Langzeitstabilität polykristallinerPiezokeramiken von Beru kritisch gesehen.

3.4 Piezo-resistiver Sensor

Im Automobilbereich sind Drucksensoren,die auf piezo-resistiver Basis arbeiten, sehrverbreitet. Die Technik ist breit eingeführtund bewährt. Sie zeichnet sich durch hoheGenauigkeit, Langzeitstabilität und Kalibrier-barkeit aus. Auf dieses Messprinzip soll imFolgenden genauer eingegangen werden.

3.5 Bewertung der

verschiedenen Sensorsysteme

Die Tabelle stellt die Vor- und Nachteileder vier betrachteten Konzepte gegenüber.Nach Bewertung der hier dargestelltenMethoden hinsichtlich der Entwicklungs-ziele verspricht die Weiterführung der pie-zo-resistiven Variante am meisten Erfolg.

4 Entwicklungsschwerpunkte

Als besondere Schwerpunkte für die Ent-wicklung einer solchen Drucksensor-Glüh-kerze (Pressure Sensor Glow Plug, PSG) wur-den dabei vom Beru-Projektteam definiert:



3.1 Ionenstrom-Messung

Bild 2: Aufbau

einer Glühkerze

mit Ionen-

strom-Mess-

funktion

3.3 Piezo-elektrischer Sensor

Bild 3: Aufbau eines Piezo-elektrischen Brennraum-Drucksensors


hohe Integration des Sensorelementsund der Elektronik in die Glühkerze durchgeeignete Aufbau- und Verbindungstech-nik Entwicklung eines automatisierbarenFertigungsverfahrens Temperatur-Entkoppelung von Brenn-raum und Sensorelement durch einen be-weglichen Heizstab als Druckübertrager Entwicklung eines koaxialen, kleinbau-enden Stecksystems mit integriertemHochstromanschluss mechanische Entkopplung des Hoch-stromanschlusses vom Heizstab als Druck-übertrager.

5 Drucksensor-Glühkerze

Die von Beru forcierte Entwicklung der PSGentsteht in enger Kooperation mit TexasInstruments Holland B.V., die für die Kon-zeption und Umsetzung des zu integrie-renden Sensorbauteils zuständig sind.

5.1 Mechanischer Aufbau

Einen wesentlichen Konzeptpunkt stelltder mechanische Aufbau der Glühkerzedar. Dazu wird der Heizstab, der üblicher-weise in den Glühkörper dicht eingepresstist, beweglich ausgeführt, was in Bezugauf die Abdichtung gegen heiße Brennga-

se neue Anforderungen stellt. Glührohrund Innenpol sind verlängert und ragenam oberen Ende aus dem Glühkerzenkör-per. Dort wird die Messmembrane mit Kör-per und Glührohr verschweißt.Um die thermische Belastung sicher zu

beherrschen, wird ein Heizstab des Beru-Instant-Start-Systems ISS [5] verwendet,der aufgrund der Anordnung von Heiz-und Regelwendel nur in der Spitze glüht.Auch im Hinblick auf künftige Serienein-sätze bietet sich diese Lösung an, da inzwi-schen alle deutschen Autohersteller Diesel-Aggregate – zumindest optional – mit ISSofferieren.Der Heizstab ist bei der PSG im Glühker-

zenkörper elastisch gelagert und überträgtden Druck als Kraft auf eine Membrane.Dadurch befindet sich der eigentlicheDrucksensor fern vom Brennraum in ei-nem Bereich deutlich günstigerer Umge-bungsbedingungen, Bild 4.Im Sinne einer ganzheitlichen System-

lösung, die es ermöglicht, auch die PSG wieeine konventionelle Glühkerze sowohl inder Serien- als auch in der späteren Werk-statt-Montage zu verwenden, wurde einden besonderen Anforderungen entspre-chendes Stecksystem entwickelt.Dabei sind die drei erforderlichen Sen-

sorkontakte konzentrisch um den Hoch-stromkontakt mit unterschiedlichemDurchmesser auf drei Ebenen angeordnetDie Abkoppelung des Steckers vom beweg-lichen Heizstab erfolgt für die Sensorkon-takte über Federkontakte und durch diespezielle Ausbildung des Hochstromkont-aktes am Innenpol der Glühkerze. Mit ei-nem Außendurchmesser von nur 16 mmim gesteckten Zustand ist es gelungen, denSensor im Bauraumbedarf äußerst geringzu halten. Die dargestellte Ausführung er-laubt eine voneinander unabhängigeGlüh- und Druckmessfunktion.

5.2 Messprinzip

Die Druckmessung basiert auf der „Micro-fused Strain Gage“-Technik (MSG) von Te-xas Instruments. Sie ermöglicht es, herme-tisch dichte, genaue und fehlersichere Sen-soren kostengünstig herzustellen. Verwen-det werden dazu mikromechanische,monokristalline Silizium-Dehnmessstrei-fen, die als Wheaton’sche Brücke mit ei-nem niedrigschmelzenden Glas auf eineEdelstahlmembran gebondet sind, Bild 5.Diese Technik erlaubt die Verwendung un-ter den rauen Bedingungen des Motoran-baus. Diese bewährte Methode wird heutefür Bremsdruck-Messung (ESP), Raildruck-Messung (CR), Kraftstoff-Druck (GDI) undzur Druckmessung im Getriebe verwendet.In der PSG Applikation wird der Druck überdie Heizstabfläche in eine Kraft gewandelt

3.5 Bewertung der verschiedenen Sensorsysteme

Tabelle: Bewertungsmatrix der vier untersuchten Systeme

Technik Ionenstrom Optisch Piezo- Piezo

elektrisch resistive

Genauigkeit - ++ + ++

Stabilität des Signals + ++ - ++

Kosten - -- + +

Robustheit + - + ++

Ausgangssignal - ++ + ++

statische Druckmessung -- ++ -- ++

5.1 Mechanischer Aufbau

Bild 4: Schematischer Aufbau der Drucksensor-Glühkerze PSG

5.2 Messprinzip

Bild 5: Die Metallmembran als FEM-Modell mit der Wheatstone-Brücke

5.3 Auswerteelektronik

Bild 6: Der ASIC mit seinen Funktionen

und zum Sensorelement übertragen, das sovom heißen Bereich des Brennraumes ent-koppelt ist. Die Edelstahlmembran wirddurch die Kraft verformt. Diese bewährteMethode wird heute für Bremsdruck-Mes-sung (ESP), Raildruck-Messung (CR), Kraft-stoff-Druck (GDI) und zur Druckmessungim Getriebe verwendet.Mithilfe der Methode der Finiten Elemen-

te (FEM) wurde die Membran hinsichtlichdes statischen Verhaltens (Empfindlichkeitund Überdruckfestigkeit), aber auch der dy-

namischen Eigenschaften optimiert. ZumBeispiel konnte die Eigenfrequenz auf 17 kHzund damit in einen für den Motoranbau un-kritischen Bereich verschoben werden. Auchbei thermischen Berechnungen kam dieFEM-Methode zur Anwendung. Die großenVorteile des piezo-resistiven gegenüber dempiezo-elektrischen Verfahren bestehen inder Möglichkeit, statische Drücke (also auchdie „Nulllinie“) messen zu können sowie diegeringere Drift – insbesondere der Verstär-kung – über die Lebensdauer.

5.3 Auswerteelektronik

Für die Weiterverarbeitung der Signale derWheatstone’schen Brücke entwickelt Te-xas Instruments einen entsprechendenASIC, dessen Blockschaltung in Bild 6 dar-gestellt ist.Das ASIC-Design ist speziell auf diese

Applikation abgestimmt: hohe Bandbreite(bis 10 kHz), geringes Rauschen, Tempera-turkompensation und steckerprogram-mierbar. Die Temperaturkompensation eli-miniert Offset- und Verstärkungsfehlerüber den gesamten Temperaturbereich.Das Temperatursignal liefert die Mess-membran, nicht der ASIC, so dass wegender Erfassung der motornahen Temperaturkeine zusätzlichen Fehler in der Kompen-sation zum Tragen kommen. Bei einer wei-teren Beschränkung des Bauraumes kannder ASIC in Flip-Chip-Technik auf einemFlexboard verbaut werden.Standard-Diagnosefunktionen sind im

ASIC für interne (wire bonds) und externeFehler (Kabel) integriert. Der Signalpegelgeht dann in ein Fehlerband, so dass dasSteuergerät den Defekt des Sensors oderder Kontaktierung erkennen kann.

5.4 Spezifikation

Die Entwicklungsziele führten zu den un-ten aufgeführten Sensor Kenndaten. Versorgungsspannung 5 V Versorgungsstrom <15 mA Signalspannung 0,5 .. 4,5 V Temperaturbereich -40 .. 125 °C Messbereich 0 .. 200 bar Überdruck 220 bar Fehler (Linearität, Hysterese)+/- 2 % FSO Temperaturfehler +/- 2 % FSO Bandbreite 10 kHz

6 Messergebnisse

Erste Messergebnisse mit A-Mustern an ei-nem Common-Rail-Pkw-Dieselmotor zeig-ten noch starke Abweichungen vom Indi-ziersensor der Firma Kistler, der als Refe-renzsensor verwendet wurde. Die Ursachelag zum einen in einem 2-kHz-Rauschenund einer Phasenverschiebung der dabeiverwendeten Auswerteelektronik. Zumanderen kamen die Eigenfrequenzen desSensors zum Tragen. Bild 7 zeigt die Sig-nalverläufe der Muster bei verschiedenenDrehzahl und Lastzuständen im Vergleichzum Referenzsensor.Der Sensor, bei dem es sich um ein Mas-

se-Feder-Dämpfer-System aus Heizstab,Messmembran und Dichtung handelt,zeigt eine Eigenresonanz zwischen 7 und 11kHz. Durch Reduzierung des Heizstabge-wichts und eine erhöhte Steifigkeit derMembran ist es gelungen, die Eigenfre-quenz über 17 kHz zu verschieben.




In Bild 8 ist ein typischer Signalverlaufder hinsichtlich ihrer Eigenfrequenz opti-mierten Beru-PSG im Vergleich mit demReferenzsensor dargestellt.

7 Fertigung und Kalibrierung

Das Flexboard wird mit dem Stecker verlö-tet und nach der Faltung zu einer komplettvormontierten Sensor-Stecker-Baugruppean die Fertigungslinie geliefert. Nach Fer-tigstellung der Pressure-Sensor-Glow-Plugwird das Bauteil geprüft und bei drei Tem-peraturen kalibriert. Die ermittelten exem-plartypischen Daten werden anschließendin den ASIC geschrieben.

8 Zusammenfassung und

Ausblick

Zur Darstellung der zukünftigen Emis-sionsgrenzwerte wird beim Dieselmotoran neuen Brennverfahren wie HCCI, HCLI,HPLI, DCCS geforscht, die, wie auch die For-derung nach deutlicher Einschränkung derToleranzen bei emissionsrelevanten Bau-teilen, eine Closed-Loop-Regelung erfor-dern. Die Beru AG hat verschiedene Ver-fahren untersucht, die aus dem Brenn-raum Signale zur Motorsteuerung liefern.Dabei hat sich die Zylinderdruckmessungals vorteilhaft erwiesen. Zusammen mitder Firma Texas Instruments Holland B.V.wird ein Brennraum-Drucksensor auf pie-zo-resistiver Basis entwickelt, der in eineGlühkerze integriert wird. Für die An-schlüsse wird ein Stecksystem adaptiert,das die Glüh- und Messfunktion unabhän-gig voneinander erlaubt. Erste Messungenmit A- und B-Mustern der Pressure SensorGlow Plug (PSG) zeigen eine hohe Genauig-keit und Güte des Konzeptes.Damit stellt die Beru AG eine innovati-

ve Glühkerze mit Brennraum-Drucksensorvor, die möglicherweise eine Schlüssel-funktion für die Erschließung weiterer Po-tenziale zur Emissionsreduktion des Die-sel-Motors darstellt und so ein hohes Maßan Zukunftssicherheit aufweist.Die hier beschriebene Technik lässt sich

überdies nicht nur mit den ISS-Stahlglüh-kerzen realisieren, sondern auch problem-los mit einem Beru-Keramik-Glühkerzen-konzept kombinieren.

6 Messergebnisse

Bild 7: Brennraumdrucksignale (verschiedene Betriebspunkte,

Fourier-Analyse)

Bild 8: Brennraumdrucksignale (optimierte Eigenfrequenz)

[1] Moriwaki, J.; Murai, H.; Kameshima, A.:Glow Plug with Combustion Pressure Sen-sor. In: SAE Technical Paper Series 2003-01-0707

[2] Sellnau, M. C. et al.: Cylinder-Pressure-Ba-sed Engine Control using Pressure-Ratio-Management and Low-Cost Non-IntrusiveCylinder Pressure Sensors. In: SAE Techni-cal Paper Series 2000-01-0932

[3] Glavmo, M.; Spadafora, P.; Bosch, R.: Clo-

sed Loop Start of Combustion Control Uti-lizing Ionization Sensing in a Diesel Engine

[4] Mobley, C.: Non-Intrusive In-Cylinder Pres-sure Measurement of Internal CombustionEngines. In: SAE Technical Paper Series1999-01-0544

[5] Houben, H.; Uhl, G.; Schmitz, H.-G.; Endler,M.: Das elektronisch gesteuerte Glühsys-tem ISS für Dieselmotoren. In: MTZ (61)2000, Nr. 10, S. 668-676

Literaturhinweise

Zusatzinformationen zu Wärmelehre/Energieumsetzung

Partikelfilter

Das unter „Energie 1 – Elemente modernen Motorenbaus“ vorgestellte System der Peugot-Partikel-filterung (mit der Notwendigkeit einer Additivzugabe zum Kraftstoff, siehe Bild oben) hat inzwischenseine mehrjährige Bewährungsprobe gut bestanden. Gleichzeitig ist die öffentliche Diskussion überschädliche Partikel in Dieselabgasen jetzt besonders aufgeflammt, nachdem die vorgegebenen EU-Grenzwerte in Großstädten ständig überschritten wurden. Zwar hatte die übrige Industrie dieErwartung geäußert, durch Einsatz moderner und aufwändiger Motorkonstruktionen die Partikel-abgabe auch ohne Filter ausreichend reduzieren zu können. Es zeigte sich aber, dass diese Hoffnung zumindest verfrüht war.Obwohl durch solche Maßnahmen eine bemerkenswerte Redu-zierung des Kraftstoffverbrauchs und eine Optimierung derVerbrennungsabläufe im Motor gelangen, wurde eine Reduzie-rung der Abgaspartikel auf gesundheitsunschädliche Werte ohne Filter nicht erreicht. Interessanterweise konnte zwar dieGesamtmasse aller ausgestoßenen Partikel reduziert werden,aber die Größe eines einzelnen Teilchens war bei den neuenMotoren kleiner als die der Teilchen im altbekannten schwarzenDieselruß. Solche Feinstpartikel gelten jedoch als nicht mindergesundheitsschädlich.

Es wurden Alternativsysteme neu bzw. weiterentwickelt, die z. T. ohne Zugabe eines Additivs zum Kraftstoff auskommen.Allerdings stellen diese Systeme einen erhöhten Anspruch anden Dieselkraftstoff, der nahezu schwefelfrei (und damit um ca.3 Cent pro Liter teurer) sein muss, um eine langfristige Betriebs-sicherheit zu garantieren.

So haben die Verkehrsbetriebe Zürich, die schon 1990 einen Großversuch mit 132 Dieselbussen mit Partikelfiltern starteten, zuletzt Mercedes-Modelle mit einem „CRT-Partikelfiltersystem“ (CRT = Continuously Regenerating Trap) erfolgreich getestet. Dieses System verbindet die Vorteiledes Partikelfilters zugleich mit der Wirkung eines Oxydationskatalysators.

Im Folgenden werden zwei weitere Systeme vorgestellt:

1. Partikelfilterung im VW-Passat

Das System ähnelt dem von Peugeot: Dem Dieselkraftstoff wird ein Additiv beigegeben. Dieses Additiv befindet sich in einem separaten Behälter in der Nähe des Haupttanks. Die Zumischungerfolgt nach jedem Tankvorgang über eine elektrische Pumpe. Die Fahrzeugelektronik nutzt das Signal vom Geber für den Tankinhalt zu einer Dosierungsberechnung aus; die errechnete Additiv-menge wird dann hinzugegeben.

Im Additiv enthaltenes Eisen lagert sich zusammen mit den Rußpartikeln im Filter ab. Wenn dannder Filter durch Verbrennung dieser Ablagerungen regeneriert wird, ist deren Zündtemperatur mithilfedieser Eisenteilchen so weit abgesenkt, dass eine komplette Verbrennung erfolgt. (Zum Vergleich: Beim Peugeot wird bei gleichem Grundprinzip hierfür die organische Zumischung„Cerin“ benutzt.) Diese Zumischung ist deshalb erforderlich, weil der Partikelfilter im Abgasstrang hin-ter dem Oxydationskatalysator eingebaut ist und die Temperatur an dieser Stelle dann schon relativniedrig ist. Bereits direkt hinter dem Motor ist die Abgastemperatur bei einem Dieselmotor mit 250 ºCim Leerlauf und 500–600 ºC bei Volllast deutlich niedriger als bei einem Ottomotor, bei dem die ent-sprechenden Werte 800 ºC und 700–1000 ºC betragen. In einem weiter hinten liegenden Partikelfilterist die Temperatur daher ohne weitere Maßnahmen für eine Rußverbrennung viel zu gering.

Die erforderliche Temperaturerhöhung der Abgase wird mit Hilfe des elektronischen Motormanage-ments erzielt. Der Regenerationsvorgang geschieht wie folgt:

a) Die Abgasrückführung wird abgeschaltet, wodurch sich die Verbrennungstemperatur erhöht.

b) Der Dieselverbrennungsvorgang wird anders als üblich gesteuert: Die Haupteinspritzung geschieht mit verringerter Kraftstoffmenge, etwas später wird ca. 35 º nach dem oberen Totpunkt des Kolbens eine Nacheinspritzung vorgenommen. Auch hierdurch erhöht sich die Abgastemperatur.

c) Die Zufuhr der Ansaugluft wird durch eine elektrische Drosselklappe verringert.

d) Gleichzeitig wird der Ladedruck des Turboladers entsprechend angepasst, damit der Fahrer den ganzen Vorgang nicht durch ein verringertes Drehmoment während des Regenerierens als störende Veränderung empfindet.

Auf diese Weise entsteht im Partikelfilter die zur Rußverbrennung nötige Zündtemperatur von 600–650 ºC.Der Vorgang wird von der Fahrzeugelektronik ohne Zutun des Fahrers ausgelöst. Mehrere Auslöse-bedingungen werden von ihr geprüft. Verwertbare Auslösesignale sind die Abgastemperatur, dieFahrstrecke und die Tatsache einer dreimaligen Überschreitung des Gegendrucks des Filters (inAbständen automatisch gemessen im Leerlauf und mit ausgeschalteter Abgasrückführung). Ein parallel zum Filter eingebauter Sensor misst piezoelektrisch den Druckunterschied im Abgasstromvor und hinter dem Partikelfilter. Zusammen mit dem augenblicklichen Signal des Luftmassenmessersder Ansaugluft erkennt die Elektronik dann, ob der Filter zu verstopfen beginnt. Bei Bedarf leitet dieElektronik dann die Regeneration ein. Dies geschieht, unmerklich für den Fahrer, je nach Betriebs-bedingungen etwa alle 500–700 km und dauert ca. 5–7 Minuten.

Ein Rest anorganischer Asche aus Ölverbrennungsrückständen und Partikeln aus dem eisenhaltigenzugesetzten Additiv kann nicht verbrannt werden und lagert sich im Filter ab. Die Bordelektronik hältdiesen nach statistischer Erfahrung anfallenden „Aschemassewert“ fest, einen Extra-Sensor hierfürgibt es nicht.

Nach etwa 120 000 km ist der Filter so weit mit Asche gefüllt, dass er ausgetauscht werden muss.Eine mechanische Reinigung und Aufbereitung – wie etwa beim Peugeot-System – ist aus Kosten-Nutzen-Gründen nicht vorgesehen. Bei beiden Systemen muss anlässlich dieser Generalüberholung der Anlage die Additivflüssigkeit erneuert werden. Bis dahin reicht die Erstfüllung laut Hersteller-angaben aus.

2. Partikelfilter des Spezial-Zulieferbetriebs HJS

Das vorgenannte VW-Filtersystem benutzt ein Partikelfilterelement aus Keramik (Siliziumkarbid).Demgegenüber besteht der Filter der Firma HJS aus Sintermetall. Dieses Filtersystem erhielt denDeutschen Umweltpreis 2003 und hat – laut Herstellerangaben – u. a. folgende Vorteile:

– Filterwirkung max. 99 % , i. A. stets über 95 %

– optimale An- und Durchströmung

– niedriger Abgasgegendruck

– hohe Speicherungsfähigkeit für Ascheablagerungen

– modularer, selbsttragender Aufbau (daher einfache Lagerung)

– einfache Anpassung an unterschiedliche Bauraum-Vorgaben

– leicht zu reinigen

– kostengünstiges „Canning“ (Einbau in Gehäuse), auch Ersatz gegen ein eventuell vorhandenes Keramikfilter in einem CRT-System möglich

– einfaches Recycling (Trägermaterial Metall statt Keramik)

Die meisten der genannten Vorteile begründen sich leicht in der Formdieser Filter: Sie haben einen Aufbau aus „Filtertaschen“ aus Sinter-metall anstelle des wabenförmigen Aufbaus der Keramikfilter.Der Regenerationsprozess geschieht auch hier durch Erhöhung derFiltertemperatur über die Zündtemperatur der eingelagerten Rückstän-de. Sintermetallfilter eignen sich sowohl für derzeitige Additivsystemeals auch für Systeme ohne Additivzugabe. Sie lassen sich zur Rege-neration zusätzlich elektrisch beheizen (im nebenstehenden Bild isteine solche elektrische Heizung dargestellt). Dadurch lässt sich theo-retisch jede Zündtemperatur der Ablagerungen erreichen. Zusätzlichlässt sich wie beim Additivsystem durch vorübergehende Veränderungder Motorsteuerung während des Abbrandprozesses die Temperatur erhöhen.

Die Bauform (Varianten zeigen die drei nebenstehenden Bilder) dieser Filter ermöglicht ferner einhohes Rückhaltevermögen an unverbrennbaren Ascheresten, was die Wartungsintervalle streckt.Ärgerlich an allen bisherigen Filtersystemen ist, dass die eigentlichen Filter nach Angaben derFahrzeughersteller beim Einsatz von sog. „Bio-Diesel“ sehr schnell verstopfen. Die Freigabe vielerSerien-Dieselfahrzeuge für Bio-Diesel gilt zur Zeit nicht, wenn das Fahrzeug mit einem der vorgestell-ten Partikelfiltersysteme ausgerüstet ist.

Service.

nur zum internen Gebrauch

3,3 l-V8-TDI Common Rail Einspritzsystem

Konstruktion und Funktion

Selbststudienprogramm 227

22

7

2

Seit 1989 steht die Audi AG mit ihren TDI-Motoren an der Spitze der Dieselentwicklung. Aktuellster Beleg für den Vorsprung von Audi ist der einzigartige V8 TDI.

Common-Rail = gemeinsame Schiene

Ein neues Einspritzsystem für den V8-Motor

Durch die relativ einfache Integration in bestehende Motorkonzepte, bietet sich für moderne Dieselmotoren mit Common Rail eine neue Alternative zu anderen Einspritz-systemen an.

Common Rail erfüllt wie jedes Einspritzsystem folgende Aufgaben:

– Dieselmotor mit Kraftstoff versorgen– Hochdruck für die Einspritzung erzeugen und Kraftstoff auf die Zylinder verteilen– Kraftstoff in genau kalkulierter Menge zum richtigen Zeitpunkt einspritzen.

3

Inhalt

Das Selbststudienprogramm ist kein Reparaturleitfaden!

Das Selbststudienprogramm informiert Sie über Konstruktionen und Funktionen.

Achtung!Hinweis!

Für Wartungs- und Reparaturarbeiten nutzen Sie bitte unbe-dingt die aktuelle, technische Literatur.

Seite

Einführung

Bauteile Common-Rail

Übersicht Kraftstofförderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Niederdruckförderung

Rollenzellenpumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Zahnradpumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

HochdruckförderungHochdruckpumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Magnetventil für Kraftstoffdosierung N290 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Verteilerleiste mit Hochdruckregelkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Regelventil für Kraftstoffdruck N276. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Geber für Kraftstoffdruck G247 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Hochdruckkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Magnetventil gesteuerte Einspritzeinheit (Injektor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Funktion Injektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Common-Rail-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Motormanagment

GemischbildungEinspritzbeginn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Einspritzende. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Voreinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Unterdrucksteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Zweiflutige Drosselklappe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Systemübersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Funktionsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Aktoren und Sensoren

Phasengeber-Nockenwelle G40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Geber für Motordrehzahl G28Motorsteuergerät J248/J494 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Geber für Kraftstofftemperatur G81 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Geber für Saugrohrdruck G71 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Magnetventil für Kraftstoff-Bypass N312 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Magnetventil für Kraftstoffdosierung N290 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4

Common-Rail-System

Das Common-Rail-System besteht aus:

– der Vorförderpumpe– der Hochdruckpumpe– der Verteilerleiste mit Hochdruckregelkreis

und– je einem Rail-Element mit 4 Injektoren

pro Zylinderbank.

Einführung

Kraftstoffkühlung

Zahnrad-Vorförderpumpe

Rail-Elemente

Injektoren

Hochdruckpumpe

SSP227_001

Verteilerleiste mit Hochdruckregelkreis

5

3000

200

400

600

800

1000

1200

bar

1600

1000 2000 U/min 5000

1800

Speichereinspritzsystem Common Rail

Pumpe-Düse-Element

andere nockengetriebene Systeme

Common-Rail wird auch als Speicher-einspritzsystem bezeichnet.

Die Druckerzeugung und die Kraftstoff-einspritzung sind beim Common-Rail-System voneinander getrennt.

Eine separate, im Innen-V des Zylinderblocks liegende Hochdruckpumpe erzeugt kontinu-ierlich Druck.Dieser wird in einem Rail gespeichert und über kurze Einspritzleitungen den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.

Einspritzmenge und -zeitpunkt werden über Magnetventile an den Injektoren vom Motor-steuergerät gesteuert.

Vorteil:

– der im Kennfeld nahezu frei wählbare Einspritzdruck

– das hohe Druckangebot bei niedrigen Drehzahlen und im Teillastbereich

– der flexible Einspritzbeginn mit Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung

– das hohe Weiterentwicklungspotential durch die vollflexiblen Einspritz-möglichkeiten für zukünftige Diesel-verbrennungsverfahren sowie

– Abgasnachbehandlungssysteme optimal integrieren.

SSP227_026

Motordrehzahl

Ein

spri

tzd

ruck

6

Kraftstoffförderung

Übersicht


Kraftstoff-filter

Zahnradpumpe

Hochdruckpumpe

Geber für Kraftstoff-druck G247

Regelventil fürKraftstoffdruck N276

Kraftstoffkühler (Niedertemperaturkreislauf-Wasser)

Magnetventil für Kraft-stoffdosierung N290

Bimetall-Vorwärmventil


7

Kraftstoffkühler (Luft) am Fahrzeugunterboden

Injektor 1 … 4

Injektor 5 … 8

Rail Element Zylinderbank II

Rail Element Zylinderbank I

SSP227_002

Kraftstoffpumpe G23

Kraftstoffpumpe (Vorförderpumpe) G6

mechanisches Crashventil

Staugehäuse

Magnetventil für Kraftstoff-Bypass N312

8

Niederdruckförderung

Rollenzellenpumpe (Kraftstoffpumpe G23)

Die Rollenzellenpumpe (eine elektrische Vor-förderpumpe) ist außen am Tank rechtsbefestigt.

Die Pumpe läuft beim Betätigen des Anlassers und saugt den Kraftstoff aus dem Staugehäuse.Das Gehäuse wird durch zwei Saugstrahlpum-pen, die von einer Tankinnenpumpe (Vorför-derpumpe G6) angetriebenen werden, gefüllt.

Die Rollenzellenpumpe hat die Aufgabe, bei jedem Motorstart den Kraftstoff mit einem Vordruck von ca. 3 bar der Zahnradpumpe zur Verfügung zu stellen.

Somit wird ein Schnellstart des Motors bei jeder Temperatur des Kraftstoffes gewährlei-stet.

Die Rollenzellenpumpe wird nach dem Motor-start abgestellt.


SSP227_004

DruckseiteSaugseite

Anker

SSP227_005

Nutscheibe

lose Rollen

DruckseiteSaugseite

exzentrische Kammer

9

SSP227_006

Zahnradpumpe

Die Zahnradpumpe ist eine mechanische Vor-förderpumpe mit Selbstansaugung.Sie wird direkt von der Einlaßnockenwelle der rechten Zylinderbank angetrieben.

Die Zahnradpumpe saugt nach dem An-springen des Motors den Kraftstoff über einen Bypass-Kanal, an der Rollenzellen-pumpe vorbei, aus dem Staugehäuse im Tank an.

Die Zahnradpumpe stellt wiederum der Hoch-druckpumpe den Kraftstoff zur Verfügung.

Vorteil der mechanischen Zahnradpumpe:– geringere Schmutzempfindlichkeit (Parti-

kelschutz)– Zuverlässigkeit– Lebensdauer– Schüttelfestigkeit

Fördermenge 3,1 cm

3

/U

Förderleistung 40 l/h bei 300 1/min120 l/h bei 2500 1/min

Pumpengehäuse

Antriebszahnrad

Saugseite Druckseite

10


Drei Förderhübe pro Umdrehung ergeben geringe Spitzendrehmomente und eine gleichmäßige Belastung des Pumpen-antriebes.

Das maximal notwendige Drehmoment beträgt 17 Nm bei 1300 bar.Es ist ca. 9mal geringer als bei vergleichbaren Verteilerpumpen der herkömmlichen Einspritztechnologie.

Hochdruckförderung

Hochdruckpumpe

Als Hochdruckpumpe wird eine 3-Kolben-Pumpe mit gesteuerter Saugdrossel im Innen-V eingesetzt.

Die Erzeugung des Hochdruckes übernimmt die Radialkolbenpumpe mit drei in 120

o

-Winkel angeordneten Pumpenkolben. Sie wird über einen Zahnriemen angetrieben.

SSP227_007

Technische Daten

max. Druck 1350 barDrehzahlbereich: 75 … 3000 1/minFördermenge: 0,6 … 0,7 cm

3

/ULeistungsaufnahme: 3,5 kW bei Nenndrehzahl und

einem Rail-Druck von 1350 bar

Pumpenkolben

Exzenter


Kraftstoffbereit-stellungsraum

Rücklauf zur Zahnradpumpe

von der Zahnradpumpe

Pumpengehäuse (Schnitt)

Druckfeder

Antriebswelle

zur Verteilerleiste

Rücklauf von der Verteilerleiste

11

Die Antriebswelle mit ihrem Exzenternocken bewegt die Pumpenkolben der drei Pumpen-elemente sinusförmig auf und ab. Die Zahnradpumpe drückt Kraftstoff durch die Drosselbohrung des Magnetventils für Kraft-stoffdosierung N290 in den Kraftstoffbereit-stellungsraum bzw. den Schmier- und Kühlkreislauf der Hochdruckpumpe.

Überschreitet der Förderdruck den Öffnungs-druck des Sicherheitsventils (0,5 … 1,5 bar), kann die Zahnradpumpe Kraftstoff durch die Einlaßventile in die Pumpenelemente drük-ken, bei denen sich der Kolben nach unten bewegt (Saughub).

SSP227_025

Wird der untere Totpunkt eines Kolbens überschrit-ten, schließt das Einlaßventil wegen des Druckab-falls.

Der Kraftstoff im Pumpenelement kann nicht mehr entweichen.Er kann nun über den Förderdruck der Zahnrad-pumpe hinaus komprimiert werden.

Der sich aufbauende Druck öffnet das Auslaßventil beim Überschreiten des sich im Rail befindlichen Druckes. Der komprimierte Kraftstoff gelangt in den Hochdruckkreis.

Das Pumpenelement fördert solange Kraftstoff, bis der obere Totpunkt erreicht wird (Förderhub).

Saughub Förderhub

Pumpenkolben

Druckfeder

Wellscheibe

Kraftstoffzulauf von der Zahnradpumpe

Hochdruckanschluß

Auslaßventil

Einlaßventil

12


Magnetventil für Kraftstoffdosierung N290

SSP227_009

Die Hochdruckpumpe wird vom Zahnriemen des Nockenwellenantriebes mit der Über-setzung i=2/3 zur Motordrehzahl angetrieben.Im Teillastbereich bzw. bei hohen Motordreh-zahlen kann die Hochdruckpumpe sehr viel mehr Kraftstoff fördern und verdichten als eingespritzt wird.

Zur Reduzierung der Leistungsaufnahme der Hochdruckpumpe und zur Vermeidung unnötiger Kraftstoffaufheizung in diesen Betriebspunkten kann durch das Magnetven-til N290 Kraftstoff in den Kraftstoffrücklauf abgesteuert werden (innerer Kreislauf).

Je nach Ansteuerung des Magnetventils N290 wird der Rücklauf zur Zahnradpumpe geöff-net oder geschlossen.

Pumpenkolben

zum Rail

Rücklauf Zahnradpumpe

Vorlauf Zahnradpumpe

Regelkolben


Hochdruck-pumpe

Einlaßventil

Drosselbohrung

Sicherheitsventil

Auslaßventil

Schmieröl-bohrung

Arbeitsstellung

bei stromlosen Magnetventil N290

Im stromlosen Zustand ist das Magnetventil geöffnet. Der Regelkolben wird durch die Federkraft nach links verschoben und gibt den minimalen Querschnitt zur Hochdruckpumpe frei.Das Magnetventil wird je nach Last und Motor-drehzahl mehr oder weniger geschlossen.

Arbeitsstellung

bei angesteuertem Magnetventil N290

Im angesteuerten Zustand ist das Magnetven-til geschlossen. Der Steuerdruck sinkt und der Regelkolben verringert den Zulauf zur Hoch-druckpumpe.Durch Variation des Tastverhältnisses wird der Steuerdruck und damit die Kolbenstellung ver-ändert. Der vom Magnetventil abgesteuerte Kraftstoff wird zur Zahnradpumpe zurückge-führt.

13


SSP227_010

Die Verteilerleiste nimmt den Geber für Kraftstoffdruck und das elektrische Regel-ventil für Kraftstoffdruck auf und verteilt den Kraftstoff gleichmäßig auf die beiden Rails mit bis zu 1350 bar.

Regelventil für Kraftstoffdruck N276

Verteilerleiste

RücklaufKraftstoffkühler

RücklaufHochdruckpumpe

Geber für Kraft-stoffdruck G247

Zuleitung RailZylinderbank 1

Zuleitung RailZylinderbank 2

Vorlauf vonHochdruckpumpe

14



Das Regelventil befindet sich in der Verteiler-leiste und sorgt für einen betriebspunkt-abhängigen, vorgegebenen Druck im Hoch-druckkreis.

Motor – „AUS“

In Ruhelage (Ventil stromlos) wirkt die Feder-kraft der Druckfeder dem Hochdruck aus der Hochdruckpumpe entgegen. Dabei stellt sich ein Raildruck von ca. 100 bar ein.

SSP227_013

SSP227_028

Motor – „EIN“

Um den Raildruck zu erhöhen wird durch Bestromung der Magnetspule eine magneti-sche Kraft dem Hochdruck der Hochdruck-pumpe entgegengesetzt.

Der Durchflußquerschnitt und die Absteuer-menge reduzieren sich. Der Raildruck kann somit durch das Steuergerät optimal einge-stellt und Druckschwankungen im Rail ausge-glichen werden.

Die am Druckregelventil abgesteuerte Kraft-stoffmenge fließt über den Rücklauf zurück in den Tank.

Rücklauf zur Hochdruckpumpe

Hochdruck

Druckfeder

Anschluß für Elektro-magnet

Magnetspule

Rücklauf zum Tank

15

0,25 V

1500 bar

0,30 V0,50 V

4,50 V

4,75 V

4,65 V

5,00 V

Geber für Kraftstoffdruck G247

Der Geber für Kraftstoffdruck mißt den aktuel-len Druck im Hochdrucksystem.

Der Druck wird vom Sensorelement erfaßt und über die Auswerteelektronik als Span-nungssignal dem Motorsteuergerät übermit-telt.

Die Auswerteelektronik wird mit 5 Volt versorgt. Bei steigenden Druck sinkt der Widerstand wobei die Signalspannung steigt.

Der Geber für Kraftstoffdruck ist mit seiner Meßgenauigkeit das wichtigste Bauteil im System.

SSP227_011

SSP227_012

Bei Ausfall des Geber für Kraftstoff-druck wird das Regelventil für Kraft-stoffdruck mit einem festen Wert angesteuert und somit eine Notlauf-funktion realisiert.

+5 V

V0 5

+5 V

V0 5

Sensorelement

Auswerte-elektronik

Hochdruckanschluß

Sensorelement

Ausgangsspannung U

Sensor defekt

Sensor defekt

maximaler Druck

minimaler Druck

Druck

Kraftstoffdruck 1500 bar

SSP227_027

16


Hochdruckkreis

Der Hochdruckkreis besteht aus der Hoch-druckpumpe, der Verteilerleiste mit dem Regelventil für Kraftstoffdruck, den beiden Rails für die Zylinderbank I+II sowie den ein-zelnen Hochdruckleitungen zu den Injektoren.

Das gespeicherte Kraftstoffvolumen dient als Dämpfer für auftretende Druckschwingun-gen, welche durch die Hochdruckpumpe und gleichzeitig die kurzzeitige Kraftstoffent-nahme während der Einspritzung verursacht werden.

SSP227_014

VerteilerleisteRail Zylinderbank I

InjektorRücklauf zum Tank

17

Magnetventilgesteuerte Einspritzeinheit (Injektor)

SSP227_030

1 – Düsenfeder2 – Ventilsteuerraum3 – Ablaufdrossel4 – Magnetventilanker5 – Kraftstoffrücklauf - zum Tank6 – elektrischer Anschluß Magnetventil7 – Magnetventil

8 – Kraftstoffzulauf - Hochdruck vom Rail9 – Ventilkugel

10 – Zulaufdrossel11 – Ventilsteuerkolben12 – Zulaufkanal zur Düse13 – Kammervolumen14 – Düsennadel

2

9

8

7

65

11

12

14

3

10

Bauteile des Injektors:

– die Sechslochdüse mit Düsennadel– das hydraulische Steuersystem– das Magnetventil– und die Kraftstoffkanäle

Auf Grund des sehr geringen Platzangebotes im Zylinderkopf werden sehr schmal gebaute Injektoren mit Ø 17 mm verwendet.

Der Kraftstoff wird vom Hochdruckanschluß über einen Kanal zur Düse sowie über die Zulaufdrossel in den Ventilsteuerraum geführt.

Der Ventilsteuerraum ist über die Ablauf-drossel mit dem Kraftstoffrücklauf verbun-den. Sie kann durch ein Magnetventil geöffnet werden.

Technische Daten

Anzugsstrom > 20 A max. 300 µs

Ansteuerung bis maximal 80 Volt

Druckbereich 120 … 1350 bar

Ø der Spritzlöcherder Einspritzdüse 6 x 0,15 mm

13

4

1

Hochdruck

Rücklaufdruck

18


Funktion Injektor

Ruhelage - Motor „AUS“

Der vom Rail kommende Kraftstoff liegt am Hochdruckanschluß des Injektors ständig an. Er flutet das Kammervolumen und über die Zulaufdrossel auch den Ventilsteuerraum.

– Es herrscht ein Gleichdruck zwischen Kammervolumen und Ventilsteuerraum.

– Das Magnetventil des Injektors ist geschlossen.

Um die Dichtigkeit der Einspritzdüse zu gewährleisten, wird ein Druckflächenverhält-nis von ca. 1,5 der Steuerkolbenoberfläche zur Düsennadel erzeugt.

Das heißt, die hydraulische Steuerkolbenkraft überwiegt um ca. 50% die Düsenöffnungs-kraft und der Ventilsteuerkolben drückt zusätzlich zur Düsenfeder die Düsennadel in ihren Sitz.

Die Düsenfeder hält bis zu einem Differenz-druck von ca. 40 bar zwischen Kammer-volumen und Ventilsteuerraum die Düse geschlossen.

SSP227_015

Ventilsteuerraum

Ventilsteuerkolben

Zulaufdrossel

Düsenfeder

Düsennadel

Kammervolumen

Hochdruckanschluß

19

Einspritzbeginn - Motor „EIN“

Liegt Strom am Magnetventil an, übersteigt die magnetische Kraft die Schließkraft der Magnetventilfeder.

Das Magnetventil öffnet die Abflußdrossel, der Kraftstoffdruck im Ventilsteuerraum ent-spannt und die Schließkraft oberhalb der Düse reduziert sich.

Somit steigt der Kraftstoff- bzw. Railüber-druck unterhalb der Düse bei einem düsensei-tigen Überdruck von ca. 160 bar an und die Düse öffnet.

Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel hängt vom kurzzeitigen hohen Bestromen und vom Querschnittsverhältnis der Abfluß- und Zulaufdrossel ab.

Damit sich die Düsennadel überhaupt öffnen kann, muß die Abflußdrossel im Querschnitt größer als die Zulauf-drossel sein.

SSP227_016

Abfluß-drossel

Magnet-ventilfeder

Ventilsteuerraum

Zulaufdrossel

Düsennadel

20

Einspritzende

Ist das Magnetventil stromlos, drückt die Ven-tilfeder den Magnetventilanker bzw. die Ven-tilkugel wieder auf den Ventilsitz.

Die Abflußdrossel wird geschlossen und der Druck im Steuerraum steigt auf Systemdruck an. Die über den Steuerkolben auf die Düse einwirkende Schließkraft überschreitet die am Sitz anstehende Öffnungskraft der Düse und die Einspritzdüse schließt.

Gemischbildung

Einspritzbeginn

Bei einer längeren Bestromung des Magnet-ventils heben sich Ventilsteuerkolben und Düsennadel bis zum Anschlag des Steuerkol-bens.

Die Düse ist nun voll geöffnet und der Kraft-stoff wird mit annäherndem Raildruck einge-spritzt.

Um kleine Kraftstoffmengen einzuspritzen, wird das Magnetventil nur kurz bestromt (getaktet). Die Düsennadel wird nicht vollstän-dig geöffnet, sondern nur leicht angehoben.

Die Einspritzmenge wird bestimmt durch:

– die Ansteuerdauer des Magnetventils– die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit

der Nadel– den Nadelhub– den hydraulischen Durchfluß der Düse– den Raildruck.

Das Magnetventil öffnet bei jeder Ein-spritzung ganz, auch bei der klein-sten Menge.

Im Gegensatz zu bisherigen Einspritz-systemen schließt die Düse zwangs-gesteuert auch bei sehr hohem Systemdruck (scharfes Spritzende).

Motormanagment

21

Druckverlauf mit Voreinspritzung

Druckverlauf ohne Voreinspritzung

Nadelhubverlauf

Voreinspritzung

SSP227_017

250

200

150

100

50

0

0.00 2.001.00 3.00 4.00

Na

de

lhu

b [µ

m]

Zeit [µs]

Ziel der Voreinspritzung ist die Reduzierung des Verbrennungsgeräusches, der Abgas-emission und des Verbrauches.

Die Voreinspritzmenge bereitet den Brenn-raum bezüglich Druck und Temperatur für die Haupteinspritzmenge vor.

In die Vorverbrennung wird die Hauptein-spritzmenge eingespritzt.

Vorteil:

– Zündverzug für Haupteinspritzung wird verkürzt.

– Die typischen Dieselgeräusche werden ver-mindert durch reduzierte Verbrennungs-druckspitzen.

– Es findet eine optimale Verbrennung des Kraftstoffgemisches statt.

Die Voreinspritzung beeinflußt den Verbren-nungsdruckverlauf durch:

– Voreinspritzmenge– Distanz zur Haupteinspritzung bei steigen-

der Motordrehzahl

Im Bild wird der Unterschied im Druckverlauf einer Verbrennung mit und ohne eine Vorein-spritzung dargestellt.

SSP227_029

Ve

rbre

nn

un

gsd

ruck

oberer Totpunkt

Voreinspritzung Haupteinspritzung

Einspritzbild

22

Motormanagment

Unterdrucksteuerung

N18

N213

N

G2/G62

G71

G70 G246

J248

A

C

G40G28

23

N239

N75

N274

B

SSP226_027

A Unterdruckpumpe

B Bremskraftverstärker

C Drosselklappen

G2/G60 Geber für Kühlmitteltemperatur

G28 Geber für Motordrehzahl

G40 Phasengeber-Nockenwelle

G70 Luftmassenmesser

G71 Geber für Saugrohrdruck

G246 Luftmassenmesser 2

J248 Steuergerät für Dieseleinspritz-anlage

N18 Magnetventil für AbgasrückführungZylinder-Bank1

N75 Magnetventil für Ladedruck-begrenzung

N213 Magnetventil für Abgasrückführung Zylinder-Bank 2

N274 Magnetventil 2 für Ladedruck-begrenzung

N239 Umschaltventil für Saugrohrklappe

Beim V8-TDI-Motor sorgt eine vom Motor angetrie-bene Unterdruckpumpe A für die Bereitstellung von ausreichend Steuermedium für die Unter-drucksteuerung.

Neben dem Bremskraftverstärker B werden von dem Unterdruck der Abgasturbolader, die Abgas-rückführungsventile und die beiden Drosselklap-pen C im Ansaugmodul gesteuert.

Über den Geber für Saugrohrdruck G71 erfolgt die Ladedruckerfassung. Die Signale der beiden Heiß-filmluftmassenmesser G70/G246 werden für die Steuerung der Turbolader über die Ladedruckbe-grenzungsventile N75, N274 verwendet.

Die Drosselklappen C sind beim kurzzeitigen Ausschalten des Motors in Funktion und werden durch das Umschaltventil für Saugrohrklappe N239 angesteuert.

24

Motormanagment

Zweiflutige Drosselklappe

Die zweiflutige Drosselklappe wird beim Abstellen des Motors kurzzeitig geschlossen.

Vorteile:

Der Motor läuft beim Abstellen nicht nach, es gelangen keine unverbrannten Kraftstoffteile in die Zylinder (bei Neustart werden weniger unverbrannte Partikel ausgestoßen).

In Ruhelage und bei Vollast sind die beiden Drosselklappen voll geöffnet.

SSP226_026

Geber für Saugrohrdruck G71

Drosselklappe

Unterdruckdose fürDrosselklappenverstellung

25

Notizen

26

Geber für Kraftstoff-temperatur G81

Heißfilm-Luftmassen-messer G70/G246

Systemübersicht

Sensoren

Geber für Motordrehzahl G28

Geber für Kraftstoffdruck G247

Bremslichtschalter F und Bremspedalschalter F47

Geber für Kühlmittel-temperatur G2 und G62

Geber für Öltemperatur G8

Fahrpedalgeber mit Geber für Gaspedalstellung G79 undLeerlaufschalter F60


Kick-Down-Schalter F8

Phasengeber-Nockenwelle G40

Steuergerät 2 für Diesel-direkteinspritzanlage J494

Steuergerät für Diesel-direkteinspritzanlage J248

Steuergerät für ESP J104

Bedien- und Anzeigeein-heit für Klimaanlage E82

Steuergerät für automati-sches Getriebe J217

Kombiprozessor im Schalttafeleinsatz J218

Motormanagment

Zusatzsignale:GeschwindigkeitsregelanlageGeber für KühlmitteltemperaturGeschwindigkeits-SignalKlemme 50DF-SignalCrashsignal vom Airbag-SteuergerätKlimahochdruckschalter G65KlimabereitschaftZuheizer Kühlmittel

27

Aktoren

Magnetventil für Injektor Zylinder 5-8;

N83 – N86

Relais für Pumpe Ladeluftkühlung J536

Pumpe für Ladeluftkühlung V188

Relais für Glühkerzen J52

Glühkerzen 1-4; Q6

Magnetventil für Injektor Zylinder 1-4;

N30 – N33

Relais 2 für Glühkerzen J495

Glühkerzen 5-8; Q6

Umschaltventil für Saugrohrklappe N239


Magnetventil 1 + 2 für Abgasrückführung;

N18 + N213

Magnetventil für Lüftersteuerung N313

Magnetventil links/rechts für elektrohy-

draulische Motorlagerung; N144/N145

Magnetventil 1+ 2 für Ladedruck-

begrenzung; N75/N274

Relais für elektrische Kraftstoffpumpe J49

Kraftstoffpumpe G23Diagnoseanschluß


Kraftstoffpumpenrelais J17

Kraftstoffpumpe (Vorförderpumpe) G6


Relais für Pumpe, Kraftstoffkühlung J445

Pumpe für Kraftstoffkühlung V166

Relais für Generatorzuschaltung J442

Zusatzsignale:

Lüfterstufe 1+2

SSP227_018

Zusatzsignale:

Klimakompressor

Zuheizer Kühlmittel

28

N213 Magnetventil 2 für AbgasrückführungN239 Umschaltventil für SaugrohrklappeN274 Magnetventil 2 für LadedruckbegrenzungN276 Regelventil für KraftstoffdruckN290 Magnetventil für KraftstoffdosierungN312 Magnetventil für Kraftstoff-BypassN313 Magnetventil für LüftersteuerungQ6 GlühkerzeS SicherungST SicherungsträgerS204 Sicherung 1, Klemme 30V166 Pumpe für KraftstoffkühlungV188 Pumpe für Ladeluftkühlung

1 Lüfterstufe 1

2 Lüfterstufe 2

3 Klemme 61, Generator

4 Kühlwassertemperatur

5 Sensor Masse

6 Geschwindigkeits-Signal

7 KLemme 50

8 DF-Signal

9 Crash-Signal vom Airbag-Steuergerät

10 Zusatzheizung Kühlmittel

11 Zusatzheizung Kühlmittel

12 Klimahochdruckschalter G65

13 Klimabereitschaft

14 Klimakompressorsignal

15 Klemme 30a

CAN-BUS LCAN-BUS H

X Y Z ... Anschlüsse innerhalb des Funktionsplanes

K-Diagnoseanschluß

= Eingangssignal

= Ausgangssignal

= Bidirektional

= CAN-BUS

Funktionsplan

Farbcodierung

= Plus

= Masse

Bauteile

A BatterieE45 Schalter für Geschwindigkeits-Regel-

AnlageD ZündanlaßschalterF BremslichtschalterF8 Kick-down-SchalterF47 Bremspedalschalter für Geschwindig-

keits-Regel-AnlageF60 LeerlaufschalterG2 Geber KühlmitteltemperaturG6 Kraftstoffpumpe (Vorförderpumpe)G8 Geber für ÖltemperaturG23 KraftstoffpumpeG28 Geber für MotordrehzahlG40 Phasengeber-NockenwelleG62 Geber für KühlmitteltemperaturG70 LuftmassenmesserG71 Geber für SaugrohrdruckG79 Geber für GaspedalstellungG81 Geber für KraftstofftemperaturG246 Luftmassenmesser 2G247 Geber für KraftstoffdruckJ17 KraftstoffpumpenrelaisJ49 Relais für elektrische Kraftstoffpumpe 2J52 Relais für GlühkerzenJ248 Steuergerät für Dieseldirekteinspritz-

anlageJ317 Relais für Spannungsversorgung

Klemme 30J442 Relais für GeneratorzuschaltungJ445 Relais für Pumpe, KraftstoffkühlungJ494 Steuergerät 2 für Dieseldirekteinspritz-

anlageJ495 Relais 2 für GlühkerzenJ536 Relais für Pumpe LadeluftkühlungM9 Lampe für Bremslicht linksM10 Lampe für Bremslicht rechtsN18 Magnetventil für AbgasrückführungN30 Magnetventil für Injektor Zylinder 1N31 Magnetventil für Injektor Zylinder 2N32 Magnetventil für Injektor Zylinder 3N33 Magnetventil für Injektor Zylinder 4N75 Magnetventil für LadedruckbegrenzungN83 Magnetventil für Injektor Zylinder 5N84 Magnetventil für Injektor Zylinder 6N85 Magnetventil für Injektor Zylinder 7N86 Magnetventil für Injektor Zylinder 8N144 Magnetventil links für elektro-

hydraulische MotorlagerungN145 Magnetventil rechts für elektro-

hydraulische Motorlagerung

Anschluß zum Datenbus

Motormanagment

31

G28G71

P

G247

P

G2/G62

U

2 1

30

Y

E45J49

L

G81G8

ST4S1

U

J536

V188

S

N31

M

G23

1022a

N239Q6 Q6

N18 N213 N75 N274 N144 N145N276 N313

XX 80A

30

15

XX

1530

J317

15X

J248

+ -

G40

+

+ -

CA

N -

BU

S H

CA

N -

BU

S L

G79 F60 F8

F/F47

M10

M9

J494

N312

D

80A S

Z U

J52 J495

Z

J17

31

ST3S6

S204

G70

M

N30 N32 N33

N290

U

ST4S3

M

J442J445

ST4S4

V166G6

XS

G246

N83 N84 N86 N85

M M

+

-

A 4 5

Y Y

14

ML

15

3

12 1310 119876

30

Motormanagment

Aktoren und Sensoren

Phasengeber-Nockenwelle G40

Die Einlaßnockenwelle der zweiten Zylinder-bank ist mit einem ferromagnetischen Zahn versehen.

Passiert der Zahn den Phasengeber, wird kurzfristig ein Spannungssignal (Hall-Span-nung) erzeugt.

Das Nockenwellensignal wird einmal je Nok-kenwellenumdrehung generiert und signali-siert dem Mastersteuergerät die Position des 1. Zylinders in der Verdichtungsphase.


Der Geber für Motordrehzahl ist ein Induktiv-geber. Er erfaßt die Motordrehzahl und die winkelgenaue Stellung der Kurbelwelle.

Bei Ausfall des Gebers für Motor-drehzahl ist kein Motorlauf mög-lich.

SSP227_021

SSP227_032

Ferromagnetischer Zahn


Segmentlücke

Geberrad

31

T

1 5 4 8 6 3 7 2

SSP227_022

SSP227_023

Signalbild Geber für Motordrehzahl G28 und Phasengeber-Nocken-

welle G40 mit der Oszilloskopfunktion des VAS 5051

G40

G28

Geberrad Software-Bezugsmarke

108

o

vor OT 1. Zylinder OT 1. Zylinder

Auto-Betrieb

Auto-Betrieb

G40

G28

Darstellung der Software-Bezugsmarke

Die Software-Bezugsmarke ist der Zeit-

punkt, bei dem das Steuergerät seinen

Winkelzustand auf Null setzt (initialisiert).

Sie liegt 108

o

KW vor Zünd-OT des

1. Zylinders .

10 V/Div. 20 ms/Div.

5 V/Div. 20 ms/Div.

5 V/Div. 10 ms/Div.

32

Motormanagment

Motorsteuergerät J248/J494

Zwei Motorsteuergeräte, ein Master- und ein

Slave- (Hilfs-) Steuergerät übernehmen beim

V8-TDI das Motormanagement.

Das Mastersteuergerät übernimmt alle Funk-

tionen, die zur Berechnung und zur Steue-

rung, wie z. B. Einspritzzeitpunkt und Dauer,

notwendig sind.

80 Volt werden zur Ansteuerung der Injekto-

ren kurzzeitig benötigt. Dies erfordert grö-

ßere Endstufen und Kondensatoren. Deshalb

können die Injektoren der Bank 1 nur vom

Slavesteuergerät und die der Bank 2 vom

Mastersteuergerät bedient werden.

Vom Slavesteuergerät werden nachfolgende

elektrische Bauteile gesteuert:

– Magnetventil für Kraftstoff-Bypass N312

– Magnetventil für Kraftstoffdosierung N290

– Kraftstoffpumpenrelais J17 und Kraftstoff-

pumpe (Vorförderpumpe) G6

– Relais für Pumpe, Kraftstoffkühlung J445

und Pumpe für Kraftstoffkühlung V166

– Relais für Generatorzuschaltung J442

(Option)

– Lüfter (Stufe 1+2).

Die Steuergeräte kommunizieren per

CAN-BUS miteinander.

Das Mastersteuergerät teilt dem Slavesteuer-

gerät mit, welche Funktionen es auszuführen

hat.

Die Funktion des CAN-BUS ist im

SSP186 beschrieben.

Steuergerät 2 für Diesel-

direkteinspritzanlage J494

Steuergerät für Diesel-

direkteinspritzanlage J248

SSP227_031

Eigendiagnose Adresswort

Mastersteuergerät 01

Slavesteuergerät 11

33

Geber für Kraftstofftemperatur G81

Die Kraftstofftemperatur wird in der Rücklauf-leitung der Injektoren erfaßt. Durch das Tem-peratursignal werden beeinflußt:

– das Magnetventil für Kraftstoffdosierung N290 (die zu komprimierende Kraftstoff-menge wird geregelt um die Temperatur zu senken)

– der Raildruck– die Einspritzmenge bei Kraftstofftempera-

turen über 118 °C.

Der Sensor ist als NTC (negativer Temperatur-koeffizient) ausgelegt.

Bei Ausfall des Gebers wird kein Ersatzsignal verwendet.


Ist ein piezoelektrischer Drucksensor und über eine Schlauchleitung mit dem Saugmo-dul verbunden.

Das Signal wird verwendet zur:

– Ladedruckregelung.

Bei Ausfall des Sensors wird die Ladedruck-regelung abgeschalten.

SSP227_003

Folge:verminderte Motorleistung SSP227_008

34

Motormanagment


Das Ventil ist in der Umgehungsleitung (Bypass) der elektrischen Vorförderpumpe integriert.Es öffnet bei Zündung „EIN“ (Klemme 15) für 40 sec. und schließt während des Startvor-ganges (Klemme 50).

Bei Eingang des Drehzahlsignals öffnet das Magnetventil und ermöglicht den Kraftstoff an der elektrischen Vorförderpumpe vorbei, direkt aus dem Staugehäuse zu entnehmen.


Das Magnetventil für Kraftstoffdosierung (Saugdrossel) sorgt leistungsorientiert für den Kraftstoffrücklauf.

So wird nur geringfügig mehr Kraftstoff gefördert und verdichtet, als eingespritzt wird.

Damit wird der Leistungsbedarf der Pumpe und die Kraftstoffaufheizung reduziert.

Bei Funktionsausfall führt es zur:

– Abschaltung der Abgasrückführung– Abschaltung der Ladedruckregelung– Vollastbegrenzung

Zur Motorschutzfunktion bei Erkennung eines Systemfehlers wird über die Saugdrossel der Motor zwangsweise abgestellt.

SSP227_020


Hochdruckpumpe

60

In dieser Ausgabe möchten wir das ABS-Bremssystem erklären und aufmögliche Fehler und Diagnosemöglichkeiten in der Elektronik eingehen.Der Schwerpunkt liegt nicht auf Aufbau und Funktion, sondern aufDiagnose und Fehlersuche.

Ende der 70-iger Jahre war die Entwicklung so weit fortgeschritten, dassdas erste ABS-Bremssystem serienreif war. Mit dem ABS-Bremssystemwurde es möglich, die Sicherheit während kritischer Bremssituationen zuerhöhen. Unterschiedliche Fahrbahnverhältnisse (Nässe, Glätte) oderplötzlich auftretende Hindernisse führten bei Gefahrbremsungen mitFahrzeugen ohne ABS zum Blockieren der Räder. Dies hatte zur Folge, dass es dem Fahrer nicht mehr möglich war, dasFahrzeug zu lenken. Bei Fahrzeugen mit ABS wird das Blockieren derRäder verhindert und sie bleiben jederzeit lenkbar auch im Fall einer Voll-oder Gefahrbremsung.

Das ABS-System besteht aus folgenden Bauteilen:

Steuergerät

Hydroaggregat

Drehzahlsensoren

Radbremsen

Systeme: Das ABS-Bremssystem

1 Drehzahlsensoren

2 Radbremsen

3 Hydroaggregat

4 Steuergerät

Bauteile des ABS-Systems

61

Das Steuergerät ist das Herzstück des Systems. Von ihm werden dieDrehzahlsignale der Raddrehzahlsensoren empfangen und ausgewertet.Aus ihnen ergibt sich der Bremsschlupf und die Radverzögerung bzw. dieRadbeschleunigung. In einem digitalen Regler, der aus zwei voneinanderunabhängigen, parallel arbeitenden Mikrocontrollern für jeweils zwei Räderbesteht, werden diese Informationen verarbeitet. Die daraus entstehendenRegelsignale werden als Stellbefehle an die Magnetventile desHydroaggregats geleitet.

Im Hydroaggregat befinden sich die Magnetventile, welche die Stellbefehledes Steuergerätes ausführen. Auch wenn bei einer Gefahrenbremsung dervom Fahrer vorgegebene Druck über das Bremspedal wesentlich höherist, regeln sie den Druck an den Radbremszylindern optimal. Das Hydro-aggregat ist zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbrems-zylindern eingebaut.

Aus den von den Drehzahlsensoren erfassten Signalen ermittelt dasSteuergerät die Radumfangsgeschwindigkeit. Diese Sensoren sind in derRegel Induktivsensoren. Bei neueren Systemen kommen aber auch aktiveDrehzahlsensoren zum Einsatz.

In den Radbremsen wird mit dem übertragenen Bremsdruck vom Hydro-aggregat eine Spannkraft erzeugt, mit der die Bremsbeläge an die Brems-scheiben oder Bremstrommel gepresst werden.

Bei einer Vollbremsung regelt das ABS-System den Bremsdruck, der indie Betriebsbremsanlage eingesteuert werden muss. Dies passiert fürjeden Radzylinder einzeln, in Abhängigkeit von Radverzögerung bzw.Radbeschleunigung und Radschlupf.

Diese Regelung erfolgt folgendermaßen: Über die Drehzahlsensoren wird an den Vorderrädern und demHinterachsdifferential bzw. an den Hinterrädern die Drehzahl ermittelt, diedas Steuergerät zur Berechnung der Radumfangsgeschwindigkeit benö-tigt. Wird im Steuergerät erkannt, dass ein oder mehrere Räder zumBlockieren neigen, werden die Magnetventile und die Rückförderpumpeder betroffenen Räder angesteuert. Jedes Vorderrad wird über die ihmzugeordneten Magnetventile so beeinflusst, dass es die bestmöglicheBremswirkung erreicht. Unabhängig von den anderen Rädern. Bei Fahr-zeugen, die nur einen Drehzahlsensor am Hinterachsdifferential haben,bestimmt das Rad mit der größten Blockierneigung den Bremsdruck anbeiden Rädern. Dadurch wird das Rad mit der besseren Haftreibungszahletwas weniger als möglich gebremst und der Bremsweg etwas länger, dieFahrzeugstabilität aber auch besser. Bei Fahrzeugen mit jeweils einemDrehzahlsensor an den Hinterrädern erfolgt die Regelung wie an denVorderrädern.

Systeme:

Wie arbeitet das ABS-System?

62


Das Steuergerät steuert die Magnetventile der einzelnen Räder in drei ver-schiedenen Schaltzuständen an:

Im ersten Schaltzustand (Druckaufbau) sind der Hauptzylinder und derRadzylinder miteinander verbunden. Das bedeutet, dass das Einlassventilgeöffnet und das Auslassventil geschlossen ist. Der Bremsdruck kannungehindert ansteigen.

Im zweiten Schaltzustand (Druck halten) wird die Verbindung zwischenHauptzylinder und Radzylinder unterbrochen. Der Bremsdruck bleibt kon-stant. Das bedeutet, dass das Einlassventil mit Strom versorgt unddadurch geschlossen wird. Das Auslassventil ist ebenfalls geschlossen.

Im dritten Schaltzustand (Druck senken) wird der Bremsdruck abgesenkt.Das bedeutet, dass das Auslassventil mit Strom versorgt und dadurchgeöffnet wird. Gleichzeitig wird durch die Rückförderpumpe der Druckabgesenkt. Das Einlassventil ist geschlossen.

Durch diese verschiedenen Schaltzustände ist es möglich, den Brems-druck stufenförmig, durch ein getaktetes Ansteuern der Magnetventile,auf- oder abzubauen. Bei Einsatz des ABS-Systems laufen diese Regel-zustände 4-10 mal pro Sekunde ab, je nach Fahrbahnbeschaffenheit.

1 Drehzahlsensoren

2 Radbremsen

3 Hydroaggregat

3a Magnetventil

3b Speicher

3c Rückförderpumpe

4 Hauptzylinder

5 Steuergerät

1 Drehzahlsensoren

2 Radbremsen

3 Hydroaggregat

3a Magnetventil

3b Speicher


4 Hauptzylinder

5 Steuergerät

1 Drehzahlsensoren

2 Radbremsen

3 Hydroaggregat

3a Magnetventil

3b Speicher


4 Hauptzylinder

5 Steuergerät

63

Systeme:

Sobald es zu einem Fehler im System kommt, wird es sofort inaktiv. DieBetriebsbremse des Fahrzeugs arbeitet in diesem Fall ohne Einschrän-kungen weiter. Der Ausfall des ABS-Systems wird dem Fahrer durchAufleuchten der ABS-Warnleuchte angezeigt.

Kommt es zu einem Fehler im ABS-System und zum Aufleuchten derWarnleuchte, gibt es abhängig vom Alter und Typ des ABS-Systems eini-ge Möglichkeiten der Fehlersuche oder Diagnose. Es sollte allerdingsimmer mit den einfachsten Fehlermöglichkeiten begonnen werden:

Defekte Sicherungen:

Ein Blick in die Bedienungsanleitung und den Sicherungskasten schaltetdie erste Fehlerquelle aus, wenn alle Sicherungen, die in Verbindung mitdem ABS-System stehen, in Ordnung sind.

Sichtprüfung:

Sind alle Stecker und Kabel in Ordnung? Sind die Stecker richtig eingerastet? Gibt es sichtbare Scheuerstellen an den Kabeln, die evtl. zu einem

Kurzschluss führen? Sind alle Masseverbindungen in Ordnung? Sind Drehzahlsensoren und/oder das Geberrad verschmutzt oder

beschädigt? Sind alle Reifen in Ordnung und haben die richtige/gleiche Größe?

Radlager und Achsaufhängung:

Sind die Radlager und die Achsaufhängung (Kugelköpfe und Gelenke) inOrdnung und ohne Spiel?

Prüfung der Betriebsbremsanlage:

Die Prüfung der Betriebsbremsanlage auf dem Bremsenprüfstand sowiedie Prüfung auf Dichtigkeit sind ebenso notwendig. Der Füllstand des Bremsflüssigkeitsbehälters muss korrekt sein.

Wird bei diesen Prüfungen kein Fehler festgestellt, müssen weitereMessungen durchgeführt werden. Hier gibt es verschiedene Möglich-keiten. Diese richten sich zum Beispiel nach dem Fahrzeugalter/-typ undden vorhandenen Testgeräten. Ist das ABS-System diagnosefähig, können mit einem geeignetemDiagnosegerät der Fehlerspeicher ausgelesen und die Messwerte undParameter abgefragt werden. Ist kein geeignetes Testgerät vorhandenoder das System nicht diagnosefähig, können weitere Messungen miteinem Oszilloskop oder Multimeter durchgeführt werden. Wichtig ist aber immer, dass ein Schaltplan des zu prüfenden Systemsvorhanden ist.

Sensor und Geberrad

Was passiert bei einem Fehler

im ABS-System?

Fehlersuche im ABS-System

64

Die Erfahrungen zeigen, dass die meisten Fehler durch defekte Stecker,gebrochene Kabel oder schlechte Masseverbindungen hervorgerufen wer-den. Diese Fehler lassen sich in der Regel immer mit einem Multimeteroder Oszilloskop herausfinden.

Alle hier aufgeführten Messungen wurden als Beispiel an einem VW Golf 3durchgeführt. Wichtig ist, dass die Batteriespannung in Ordnung ist, damitwährend der Messung evtl. Spannungsabfälle an den Kabeln/Steckernerkannt werden können.

Prüfungen mit dem

Multimeter/Oszilloskop

Steuergerät Steckerbild

ABS-Schaltplan


65

Dazu muss der Stecker vom ABS-Steuergerät abgeklemmt werden.Anschließend auf dem Schaltplan die Pinbelegung ablesen und das roteMesskabel des Multimeters an den jeweiligen Pin der Spannungsversor-gung und das schwarze Messkabel mit einem beliebigen Massepunkt amFahrzeug verbinden. Achten Sie darauf, dass der Massepunkt sauber istund das Messkabel einen guten Kontakt hat. Beim Anschluss an denSteuergerätestecker muss sehr vorsichtig vorgegangen werden, umSchäden an den Steckkontakten zu vermeiden. Mit einer Spannungs-messung prüfen, ob Batteriespannung anliegt. Mit einer Widerstands-messung die Masseverbindung des Steuergerätes prüfen. Dazu wieder imSchaltplan die jeweiligen Massepins heraussuchen und das Messkabeldes Multimeters anschließen. Das zweite Messkabel wieder mit demMassepunkt des Fahrzeugs verbinden. Der Widerstandswert sollte ca. 0,1Ohm nicht überschreiten (ungefährer Wert, der mit dem Kabelquerschnittund der Länge variieren kann). Kommt es während der Spannungs- oder Widerstandsmessung zuFehlern, d.h. es liegt keine Spannung an oder der Widerstand ist zu hochoder unendlich, müssen die Kabel bis zur nächsten Verbindung zurückverfolgt werden. Vorhandene Verbindungen sind im Schaltplan eingezeichnet. Diese Verbindungen trennen und mit Hilfe einer Widerstandsmessung dieKabel auf Durchgang bzw. einen Masseschluss prüfen. Dazu die Mess-kabel des Multimeters mit den Kabelenden verbinden. Der gemesseneWert sollte wieder bei ca. 0,1 Ohm liegen. Ist der Widerstand wesentlichhöher oder unendlich, liegt eine Kabelunterbrechung oder ein Masse-schluss vor. Auf diese Art und Weise kann eine Kabelunterbrechung oderein Masseschluss zwischen jeder einzelnen Verbindung festgestellt werden.

Prüfung der Raddrehzahlsensoren

Um die Interpretation der gemessenen Werte zu erleichtern, wird kurzerklärt, wie die induktiven Radsensoren aufgebaut sind und die Drehzahlerfasst wird.

Die Raddrehzahlsensoren sind direkt über dem Impulsrad, das mit derRadnabe oder Antriebswelle verbunden ist, angebracht. Der Polstift, dervon einer Wicklung umgeben ist, ist mit einem Dauermagneten verbun-den, dessen Magnetwirkung bis in das Polrad hineinreicht. Die Drehbe-wegung des Impulsrades und der damit verbundene Wechsel von Zahnund Zahnlücke bewirkt eine Änderung des magnetischen Flusses durchden Polstift und die Wicklung. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziertin der Wicklung eine messbare Wechselspannung. Die Frequenz undAmplituden dieser Wechselspannung stehen im Verhältnis zur Raddreh-zahl.

Systeme:

Messen der Spannungs- und

Masseversorgung am

Steuergerät

66


Widerstandsmessung: Die Steckverbindung des Sensors trennen und miteinem Ohmmeter den Innenwiderstand an den beiden Anschlusspinsmessen. Wichtig: Diese Messung nur durchführen, wenn sichergestellt ist, dass essich um einen Induktivsensor handelt. Ein Hallsensor wird mit einerWiderstandsmessung zerstört.

Der Widerstandswert sollte zwischen 800 Ohm und 1200 Ohm liegen(Sollwerte beachten). Beträgt der Wert 0 Ohm liegt ein Kurzschluss undbei unendlichem Widerstand eine Unterbrechung vor. EineMasseschlussprüfung, vom jeweiligen Anschlusspin zur Fahrzeugmasse,muss einen unendlichen Widerstandswert ergeben.

Spannungsprüfung: Das Multimeter an den beiden Anschlusspinsanschließen. Der Messbereich des Multimeters muss auf Wechsel-spannung eingestellt werden. Wird das Rad mit der Hand gedreht,erzeugt der Sensor eine Wechselspannung von ca. 100 mV.

Prüfung mit dem Oszilloskop: Mit dem Oszilloskop ist es möglich, dasSignal, das vom Sensor erzeugt wird, in einer grafischen Darstellung sicht-bar zu machen. Dazu muss das Messkabel des Oszilloskops an dieSignalleitung des Sensors und das Massekabel an einen geeignetenMassepunkt angeschlossen werden. Die Einstellung des Oszilloskops soll-te bei 200 mV und 50 ms liegen. Durch Drehen des Rades wird – beiintaktem Sensor – auf dem Oszilloskop ein Sinussignal sichtbar. Je nachRaddrehzahl ändert sich die Frequenz und die abgegebene Spannung.

Prüfung des Bremslichtschalters: Der Bremslichtschalter kann mit einerDurchgangsprüfung oder einer Spannungsmessung geprüft werden.Bei der Durchgangsprüfung wird das Multimeter auf einen niedrigenWiderstandswert oder auf akustische Prüfung eingestellt. Den Anschlussstecker vom Bremslichtschalter trennen und die Mess-leitungen mit den Anschlusspins des Schalters verbinden. Bei Betätigungdes Bremspedals muss ein Widerstand von ca. 0 Ohm angezeigt oder, jenach Einstellung, ein Piepton zu hören sein.Bei der Spannungsprüfung mit dem Multimeter die Eingangsspannung amSchalter prüfen (Wert = Batteriespannung). Bei betätigtem Bremspedalmuss am zweiten Anschlusspin ebenfalls die Batteriespannung anliegen.

Prüfung mit dem Multimeter

67

Systeme:

Prüfung der Hochdruckpumpe: Den Anschlussstecker von derHochdruckpumpe abziehen. Mit zwei selbst angefertigten Kabeln dieHochdruckpumpe kurzzeitig mit Batteriespannung versorgen. Beginnt diePumpe zu arbeiten, kann man davon ausgehen, dass sie in Ordnung ist.

Prüfung mit dem Diagnosegerät: Ist das ABS-System diagnosefähig,können mit einem geeigneten Diagnosegerät der Fehlerspeicher ausgele-sen und Datenlisten abgefragt werden.

Wie umfangreich die Datenlisten und damit die zu prüfenden Bauteile sind,ist sehr unterschiedlich. Entscheidend sind die Prüftiefe desDiagnosegerätes und die Prüfmöglichkeiten des Systemherstellers.

Zum Abschluss noch eine kurze Information zu "Aktiven Sensoren":Aktive Sensoren gewinnen immer mehr an Bedeutung. Sie haben gegenü-ber den passiven Sensoren einige Vorteile. Ihre Signale sind sehr vielgenauer und sie können Geschwindigkeiten in beide Richtungen bis 0,1Km/h messen. Diese genauen Messdaten sind für weitere Systeme wiedas Navigationssystem, Rückrollsperren usw. nutzbar. Des weiteren ist ihrPlatzbedarf, bedingt durch ihre kompakte Bauweise, wesentlich geringer.

Der Aufbau unterscheidet sich von passiven Sensoren folgendermaßen:

Das Impulsrad ist nicht mehr wie ein Zahnrad aufgebaut, sondern kannzum Beispiel in den Dichtring des Radlagers integriert werden. In denDichtring werden Magnete eingesetzt, die – ihrer Polarität nach – wechsel-weise über den Umfang angeordnet werden. Der Dichtring wird damit zumMultipolring. Sobald der Multipolring sich zu drehen beginnt, ändert sichim Sensor ständig der magnetische Fluss durch die Messzelle. Der mag-netische Fluss beeinflusst die Spannung, die im Sensor erzeugt wird. DerSensor ist mit einem zweiadrigen Kabel mit dem Steuergerät verbunden.Die Drehzahlinformation zum Steuergerät wird als Strom übertragen. DieFrequenz des Stroms (ähnlich wie die Frequenz beim induktiven Sensor)ist der Vergleich zur Raddrehzahl. Die Spannungsversorgung des aktivenSensors – ein weiterer Unterschied zum passiven Sensor – beträgt zwi-schen 4,5 V und 20 V.

Aktive Raddrehzahlsensoren

28

Elektronisches Stabilitäts-Programm (ESP)

Das Elektronische Stabilitäts-Programm gehört mittlerweile in vielenFahrzeugmodellen zur Serienausstattung. Mit steigender Anzahl vonFahrzeugen, die mit ESP ausgestattet sind, steigt natürlich auch dieFehlerhäufigkeit und der Reparaturbedarf in der Werkstatt. Wir möchtenhier die Funktion, die einzelnen Bauteile des Systems und Möglichkeitenzur Diagnose erklären.

Das ESP hat die Aufgabe, ein seitliches Ausbrechen bei Kurvenfahrtenoder in kritischen Situationen, z. B. Ausweichmanövern (Elchtest) zu ver-meiden. Das System greift gezielt in das Bremssystem, Motor- undGetriebemanagement ein und hält das Fahrzeug in der Spur. Wichtig istdabei, dass physikalische Gesetze nicht außer Kraft gesetzt werden kön-nen. Sobald die Grenzen überschritten werden, kann auch das ESP-System einen Ausbruch des Fahrzeugs nicht verhindern.

Was geschieht, wenn das ESP aktiv ist? Damit das ESP aktiv wird, musseine kritische Fahrsituation vorliegen. Eine kritische Situation wird folgen-dermaßen erkannt: Das System benötigt zwei grundlegende Informationen,um eine kritische Fahrsituation zu erkennen. Erstens, den Wunsch desFahrers und zweitens, wo fährt das Fahrzeug hin. Ergeben sich aus diesenbeiden Informationen Unterschiede, d. h. fährt das Fahrzeug nicht dorthin,wo der Fahrer hin lenkt, ergibt sich für das ESP eine kritische Fahrsituation.Dies kann sich in einem Unter- bzw. Übersteuern bemerkbar machen.Kommt es zu einem Untersteuern des Fahrzeugs, wird durch einen geziel-ten Eingriff in das Bremssystem und das Motormanagement die Neigungzum Untersteuern ausgeglichen. Dabei wird das hintere, kurveninnere Radgezielt abgebremst. Kommt es zu einem Übersteuern und das Fahrzeugneigt zum Schleudern, wird durch gezielten Bremseingriff am vorderen,kurvenäußeren Rad dem Übersteuern entgegengewirkt.

Im folgenden werden wir die Sensoren und Aktuatoren des Systems erklä-ren. Zu beachten ist, dass es hier bei den verschiedenen Fahrzeug-herstellern Unterschiede in bestimmten Funktionen oder im Aufbau gibt.Wir beschränken uns hier auf ein System, wie es zum Beispiel in einemVW Passat, Baujahr 97 verbaut ist.

Aufgabe des ESP

Funktionsweise

29

Das ESP-Steuergerät ist bei diesem System nicht mit der Hydraulikeinheitverbunden. Es ist im rechten, vorderen Fußraum an der Spritzwand einge-baut. Das Steuergerät besteht aus einem leistungsstarken Computer. Umeine größtmögliche Sicherheit zu gewährleisten, besteht das System auszwei Rechnern mit eigener Spannungsversorgung und Diagnoseschnitt-stelle, die die gleiche Software verwenden. Alle Informationen werdenparallel verarbeitet und die Rechner überwachen sich gegenseitig. DasSteuergerät ist ebenfalls zuständig für die Regelung des ABS/ASR undEDS. Alle Systeme sind in einem Steuergerät vereint.

Der Lenkwinkelsensor ermittelt den Winkel des Lenkeinschlags und gibtdie Information an das Steuergerät weiter. Eingebaut ist der Lenkwinkel-sensor auf der Lenksäule. Wie funktioniert der Lenkwinkelsensor? Erarbeitet nach dem Prinzip einer Lichtschranke. Eine Codierscheibe mitzwei Ringen in Form einer Lochmaske, einem Absolut-Ring und einemInkremental-Ring, wird über eine Lichtquelle, die sich zwischen den beidenRingen befindet, gestülpt. Zwei optische Sensoren sind jeweils gegenüberder Lichtquelle angeordnet.

Aufbau des ESP-Systems

Das Steuergerät

Sensoren Aktuatoren

Steuergerät

Lenkwinkelsensor

30

Wird nun das Lenkrad gedreht und Licht fällt durch die Öffnungen derLochmasken auf die optischen Sensoren, wird in diesen eine Spannungerzeugt. Durch die unterschiedliche Form der Lochmasken, ergeben sichunterschiedliche Spannungsfolgen. Auf der Seite des Inkremental-Ringesergibt sich ein gleichmäßiges Signal, während auf der Seite des Absolut-Ringes ein unregelmäßiges Signal entsteht. Aus dem Vergleich der beidenSignale kann das Steuergerät errechnen, wie weit das Lenkrad gedrehtwurde. Zusätzlich verfügt der Lenkwinkelsensor über ein Zählwerk, das die vollen Lenkradumdrehungen zählt. Dies ist notwendig, da die Winkel-sensoren in der Regel nur Winkel bis 360° erfassen, das Lenkrad aber um720° ( vier volle Umdrehungen) gedreht werden kann. Auf der Unterseitedes Lenkwinkelsensors befindet sich der Rückstellring, mit Schleifring,für den Airbag.

Der Querbeschleunigungssensor hat die Aufgabe festzustellen, welcheseitlichen Kräfte auftreten und versuchen das Fahrzeug aus der Spur zubringen. Er ist immer möglichst nahe am Fahrzeugschwerpunkt eingebaut.

Wie funktioniert der Querbeschleunigungssensor? Der Querbeschleuni-gungssensor besteht aus einem Dauermagneten, einem Hallgeber, einerDämpferplatte und einer Feder. Der Dämpfer, die Feder und der Dauer-magnet bilden zusammen ein Magnetsystem. Der Dauermagnet, der mitder Feder verbunden ist, kann frei über der Dämpferplatte hin- und her-schwingen. Wirkt auf das Fahrzeug eine Querbeschleunigung, bewegtsich die Dämpferplatte unter dem Dauermagneten hinweg, der aufgrundseiner Massenträgheit diese Bewegung erst verspätet mitmacht. Durchdie Bewegung entstehen in der Dämpferplatte Wirbelströme, die einGegenfeld zum Magnetfeld des Dauermagneten aufbauen. Die darausresultierende Abschwächung des Gesamtmagnetfeldes bewirkt eineÄnderung der Hall-Spannung. Die Stärke der Spannungsänderung ist proportional zur Stärke der Querbeschleunigung. Das bedeutet, um sostärker die Bewegung zwischen dem Dauermagneten und der Dämpfer-platte ist, um so mehr wird das Gesamtmagnetfeld abgeschwächt und umso mehr ändert sich die Hall-Spannung. Solange keine Querbeschleunigungeinwirkt, bleibt die Hall-Spannung konstant.

Querbeschleunigungssensor


Rückstellring mitSchleifring für denFahrer-Airbag

Lichtquelle (a),Codierscheibe (b),optische Sensoren (c+d) undZählwerk (e) für volle Umdrehungen.

1

2

3

4

1 Dauermagnet2 Feder3 Dämpferplatte4 Hall-Sensor

a

a

31

Der Gierratensensor hat die Aufgabe festzustellen, ob das Fahrzeug dazuneigt, sich um seine Hochachse zu drehen (Schleudern). Er ist ebenfallsmöglichst nahe am Fahrzeugschwerpunkt eingebaut. Der Gierratensensorist aus einem Hohlzylinder aufgebaut, auf dem 8 piezoelektronischeElemente angebracht sind. Vier von diesen Elementen versetzen denHohlzylinder in eine Resonanzschwingung. Die anderen vier Elemente regi-strieren, ob sich die Schwingungsknoten, an denen sie sitzen, verändern.Wirkt auf den Hohlzylinder ein Drehmoment, verschieben sich dieSchwingungsknoten. Die Verschiebung wird von den Piezo-Elementenerfasst und an das Steuergerät weitergeleitet. Dieses errechnet daraus die Gierrate.

Diese beiden Sensoren werden bei neueren Systemen in einem Gehäusezusammengefasst. Sie sind auf einer Leiterplatte montiert und arbeitennach dem mikromechanischen Prinzip. Daraus ergeben sich einige Vor-teile, wie geringerer Bauraum und eine genauere Ausrichtung der beidenSensoren zueinander. Dieser kombinierte Sensor unterscheidet sich auchim Aufbau von den einzeln Sensoren. Der Querbeschleunigungssensor istwie folgt aufgebaut. Eine Kondensatorplatte mit einer beweglichen Masseist so aufgehängt, dass sie hin und her schwingen kann. Diese bewegli-che Platte wird von zwei fest eingebauten Kondensatorplatten eingefasst.So entstehen zwei Kondensatoren (K1 und K2), die hintereinander ge-schaltet sind. Durch Elektroden kann nun die Ladungsmenge (KapazitätC1 und C2), die die beiden Kondensatoren aufnehmen können, gemessenwerden. Im Ruhezustand sind die gemessenen Ladungsmengen bei bei-den Kondensatoren gleich. Wenn auf den Sensor eine Querbeschleunigungeinwirkt, verschiebt sich, durch die Massenträgheit, die bewegliche Platteentgegen der Beschleunigungsrichtung. Durch diese Verschiebung ändertsich der Abstand zwischen den Platten und somit die Ladungsmenge derKondensatoren. Diese Änderung der Ladungsmenge ist die Messgröße fürdas Steuergerät.

Der Gierratensensor ist auf derselben Platine, aber räumlich getrennt, vomQuerbeschleunigungssensor aufgebracht. Er ist wie folgt aufgebaut: eineschwingfähige Masse, auf der Leiterbahnen angebracht sind, wird in einemTräger in einem konstanten Magnetfeld zwischen einem Nord- und Südpolangebracht. Legt man eine Wechselspannung an, fängt die schwingfähigeMasse mit den Leiterbahnen, geradlinig zur angelegten Wechselspannung,an zu schwingen. Kommt es nun zu einer Drehbewegung, wird durch dieTrägheit der schwingenden Masse, die gleichmäßige Hin- undHerbewegung verändert. Durch die veränderte Bewegung der Masse imMagnetfeld, ändert sich auch das elektrische Verhalten der Leiterbahnen.

Gierratensensor

(Drehratensensor)

Kombinierter Sensor

für Querbeschleunigung

und Gierrate

feststehende Platte

Aufhängung

Elektrode feststehende Platte

K1

K2

C2

C1

Kondensatorplatte mitbeweglicher Masse

1 Hohlzylinder2 acht piezoelektrische

Elemente

Schwingungsknoten

32

Diese elektrische Veränderung ist das Maß für die Stärke derDrehbewegung. Um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten,ist dieser Aufbau doppelt vorhanden.

Der Sensor für den Bremsdruck ist in die Hydraulikpumpe für das ESPeingebaut. Er hat die Aufgabe, den aktuellen Bremsdruck im Bremskreisfür das Steuergerät zu erfassen. Das Steuergerät errechnet aus denWerten des Bremsdrucksensors die Radbremskräfte, die im Einsatzfall mitin die Berechnungen einfließen. Der Bremsdrucksensor ist aus einem pie-zoelektrischen Element, auf den der Druck der Bremsflüssigkeit einwirktund einer Auswertelektronik aufgebaut. Durch eine Druckänderung wirddie Ladungsverteilung im piezoelektrischen Element verändert. Ist dasElement drucklos, sind die Ladungen gleichmäßig verteilt. Mit steigendemDruck verschieben sich die Ladungen und es entsteht eine Spannung. Jehöher der Druck steigt, um so mehr werden die Ladungen getrennt. DieSpannung steigt dabei weiter an. Die Auswertelektronik verstärkt dieseSpannung und sendet sie an das Steuergerät.

In bestimmten Situationen ist es sinnvoll, das ESP-System auszuschalten,zum Beispiel auf einem Leistungsprüfstand oder beim Fahren mit Schnee-ketten. Um dem Fahrer dies zu ermöglichen, wird ein Ein-/Ausschalter eingebaut. Wird das System mit dem Schalter ausgeschaltet und nichtwieder eingeschaltet, schaltet sich das System nach einem Motor-Neustartautomatisch wieder ein. Ist das ESP-System aktiv, kann es nicht abge-schaltet werden. Ebenfalls nicht, wenn eine bestimmte Geschwindigkeitüberschritten ist.

Sensor für Bremsdruck


Ein/Ausschalter für ESP-

System

NordpolFahrtrichtung

Leiterbahnen

SchwingmasseSüdpol

geradlinige Schwingung entsprechendder angelegten Wechselspannung

DrehrateCoriolis-Beschleunigung

Träger

33

Mit Hilfe der Hydraulikpumpe wird der nötige Vordruck auf der Saugseiteder Rückförderpumpe des ABS-Systems erzeugt. Die Rückförderpumpeist nicht in der Lage den nötigen Vordruck aufzubauen, wenn das Brems-pedal nicht betätigt wird und kein Druck im System vorherrscht.

In der Hydraulikeinheit befinden sich die Schaltventile für die einzelnenRadbremsen, die zur Steuerung des Bremsdrucks notwendig sind. Mitihnen werden in der Hydraulikeinheit die zur Regelung erforderlichen 3Druckzustände geregelt: Druck aufbauen, Druck halten, Druck abbauen.

Die Raddrehzahlsensoren erfassen die Raddrehzahl der einzelnen Räder.Aus diesen Informationen errechnet das Steuergerät die Radumfangs-geschwindigkeit.

Der Bremspedalschalter erfasst die Stellung des Bremspedals. Durch ihnbekommt das Steuergerät die Information, ob das Bremspedal betätigtwird oder nicht. Der Bremslichtschalter ist für die Ansteuerung derBremsleuchten zuständig.

Die Hydraulikeinheit

Die Raddrehzahlsensoren

Der Bremspedalschalter

und Bremslichtschalter

Die Hydraulikpumpe

34

In der Instrumententafel befinden sich drei Kontrollleuchten, die für dasESP-System von Bedeutung sind. Die Kontrollleuchte für das ABS, dieBremsanlage und das ESP/ASR. Über diese Kontrollleuchten werdenFehler oder der Ausfall des jeweiligen Systems angezeigt. Da alle Systemevoneinander abhängig sind, können Fehler oder der Ausfall eines Systems,Probleme in einem anderen System verursachen.

Das ESP-Steuergerät ist auch mit dem Motorsteuergerät und Getriebe-steuergerät (nur Automatik) sowie mit einem evtl. vorhandenen Navigations-steuergerät verbunden. Es werden Informationen über die Betriebszuständeder einzelnen Aggregate ausgetauscht. Im Falle einer Regelung des ESP-Systems, erfolgt auch ein Eingriff in das Motor- und Getriebemanagement.

Während eines Eingriffs des ESP-Systems laufen folgende Dinge ab: dasSteuergerät erkennt, aufgrund der übertragenen Werte der Sensoren, eine kritische Fahrsituation. In der Hydraulikeinheit beginnt der Prozessdes Druckaufbaus für den oder die erforderlichen Bremskreise. DieHydraulikpumpe beginnt Bremsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Bremskreis zu fördern. An den Radbremszylindern und der Rück-förderpumpe steht jetzt sehr schnell der Bremsdruck zur Verfügung. DieRückförderpumpe fängt auch an zu fördern, um den Bremsdruck nochweiter zu erhöhen. Ist genügend Bremsdruck aufgebaut, wird er konstantgehalten. Das Einlassventil wird geschlossen und die Rückförderpumpehört auf zu fördern. Da das Auslassventil auch noch geschlossen ist,bleibt der Druck konstant. Wird kein Bremsdruck mehr benötigt, öffnetdas Auslassventil und gleichzeitig das Schaltventil. Die Bremsflüssigkeitkann nun durch den Hauptbremszylinder zurück in den Vorratsbehälterfließen. Da das Einlassventil geschlossen bleibt, kann keine neue Brems-flüssigkeit nachfließen und der Bremsdruck wird abgebaut.

Neben allen mechanischen Problemen und Undichtigkeiten, kommt esauch zu Ausfällen in der Elektronik. Es können einzelne Sensoren, Schalt-ventile oder das Steuergerät ausfallen. Die häufigsten Defekte liegen sicher-lich im Bereich der Raddrehzahlsensoren und des Lenkwinkelsensors.Wichtig ist, dass zum Beispiel auch eine verstellte Radspur zu Fehlern im System führen kann.

Die Kontrollleuchten

Zusätzliche Informationen

Was geschieht während

einer ESP Regelung?


Schaltventil (a)Hochdruckschaltventil (b)Einlaßventil (c)Auslaßventil (d)Radbremszylinder (e)Rückförderpumpe (f)Hydraulikpumpe für Fahrdynamik (g)Bremskraftverstärker (h)

Welche Fehler treten im

ESP-System auf?

Funktionsschema

1 - Druck aufbauen

2 - Druck halten

3 - Druck abbauen

35

Kommt es zum Ausfall des ESP-Systems, wird dies durch das permanenteAufleuchten der Kontrolllampe angezeigt. Bevor mit einer aufwendigen Diag-nose begonnen wird, sollte in jedem Fall eine Sichtprüfung durchgeführtwerden. Dabei sollte besonders auf Undichtigkeiten und Beschädigungenvon Bauteilen geachtet werden. Werden bei der Sichtprüfung keine Auf-fälligkeiten festgestellt, kommt zur weiteren Prüfung ein Diagnosegerätzum Einsatz. Das ESP-System verfügt über eine Eigendiagnose. Dasbedeutet, es erkennt Fehler wie Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüssenach Masse oder Plus oder Defekte in den Sensoren. Diese Fehler kön-nen im Fehlerspeicher des Steuergerätes abgelegt und ausgelesen wer-den. Folgende Bauteile werden von der Eigendiagnose erfasst: DasSteuergerät, der Querbeschleunigungssensor, der Gierratensensor, derBremsdrucksensor, die Schalt- und Hochdruckventile in der Hydraulik-einheit und die Hydraulikpumpe. Fehler im Ein/Ausschalter werden nichtvon der Eigendiagnose erfasst.

Mit einem geeigneten Diagnosegerät kann das ESP-System diagnostiziertwerden. Je nach Gerät, bieten sich hier eine Vielzahl von Prüfmöglich-keiten, bis hin zur speziell vorgegebenen Systemprüfung.

Als erster Schritt sollte der Fehlerspeicher ausgelesen werden. Aufge-tretene Fehler werden hier abgespeichert und geben erste Hinweise aufdie mögliche Fehlerursache. Der abgespeicherte Fehler kann direkt auf ein defektes Bauteil (Bild Fehlerspeicher 2) oder auf einen Kurzschluss/Kabelunterbrechung hinweisen. So können gezielt Reparaturarbeitendurchgeführt werden.

Sind im Fehlerspeicher keine Fehler abgespeichert, können mit Hilfe derIstwertabfrage), gezielt Parameter abgefragt und bewertet werden. ZurBewertung der angezeigten Istwerte, sind technische Unterlagen mit denerforderlichen Sollwerten nötig, sofern sie nicht im Diagnosegerät abge-legt sind. Fehler, die im Fehlerspeicher abgespeichert sind, werden auchwährend der Istwertabfrage angezeigt. Eine weitere Prüfmöglichkeit ist der Stellgliedtest (Aktuatortest). Bei diesem Test können einzelne Bauteiledurch das Diagnosegerät angesteuert und somit ihre Funktion geprüftwerden.

Diagnose

Prüfungen mit dem

Diagnosegerät

Prüfung der

Raddrehzahlsensoren

36

Mit den speziell vorgegebenen Systemprüfungen, wird eine geführtePrüfung der einzelnen Bauteile durchgeführt.

Das Diagnosegerät gibt die einzelnen Prüfschritte vor und zeigt dieErgebnisse ähnlich der Istwertabfrage an. Auch hier können wiederBewertungen über den Zustand der Bauteile gemacht werden.Ohne ein geeignetes Diagnosegerät ist eine aussagekräftige Diagnoseschwer möglich. Der Fehlerspeicher kann nicht abgefragt und nach even-tuell erfolgreicher Reparatur nicht gelöscht werden. Aus diesem Grund istein geeignetes Diagnosegerät erforderlich. Dennoch gibt es dieMöglichkeit, einzelne Bauteile, zum Beispiel mit dem Multimeter oderOszilloskop zu prüfen. Hierzu sind natürlich technische Unterlagen, wieSchaltpläne und Sollwerte erforderlich.

Prüfung mit dem Multimeter:Widerstandsmessung: Die Steckverbindung des Sensors trennen und miteinem Ohmmeter den Innenwiderstand an den beiden Anschlusspinsmessen. Wichtig: Diese Messung nur durchführen, wenn sichergestelltist, dass es sich um einen Induktivsensor handelt. Ein Hallsensor wird miteiner Widerstandsmessung zerstört. Der Widerstandswert sollte zwischen800 und 1200 W liegen (Sollwerte beachten). Beträgt der Wert 0 W liegtein Kurzschluss und bei unendlichem Widerstand eine Unterbrechung vor.Eine Masseschlussprüfung, vom jeweiligen Anschlusspin zur Fahrzeug-masse, muss einen unendlichen Widerstandswert ergeben. Spannungs-prüfung: Das Multimeter an den beiden Anschlusspins anschließen. DerMessbereich des Multimeters muss auf Wechselspannung eingestellt werden. Wird das Rad mit der Hand gedreht, erzeugt der Sensor eineWechselspannung von ca. 200 mV.

Mit dem Oszilloskop ist es möglich, das Signal das vom Sensor erzeugtwird, in einer grafischen Darstellung sichtbar zu machen. Dazu dasMesskabel des Oszilloskops, an die Signalleitung des Sensors und dasMassekabel an einen geeigneten Massepunkt anschließen. Die Einstellungdes Oszilloskops sollte bei 200 mV und 50 ms liegen. Durch Drehen desRades wird, bei intaktem Sensor, auf dem Oszilloskop ein Sinussignalsichtbar. Je nach Raddrehzahl ändert sich die Frequenz und die abgege-bene Spannung.

Prüfung mit dem

Oszilloskop


37

Zur Prüfung von aktiven Sensoren empfiehlt es sich, ein speziell dafür vor-gesehenes Prüfgerät zu verwenden. Aktive Sensoren benötigen für ihreFunktion eine Spannungsversorgung und können daher nicht abgeklemmtgeprüft werden. Mit Hilfe des Prüfgerätes lassen sich der Ausgangsstrom,die Anzahl der Nord/Südpole auf dem Encoderrad, ein zu großer oderkleiner Luftspalt und ein Kurzschluss zu Masse und Plus feststellen.

Wichtig ist, dass die Batteriespannung in Ordnung ist, damit während derMessung evtl. Spannungsabfälle an den Kabeln / Steckern erkannt wer-den können.

Dazu den Stecker vom Steuergerät abklemmen. Auf dem Schaltplan diePinbelegung ablesen und das rote Messkabel des Multimeters an denjeweiligen Pin und das schwarze Messkabel mit einem beliebigen Masse-punkt am Fahrzeug verbinden. Achten Sie darauf, dass der Massepunktsauber ist und das Messkabel einen guten Kontakt hat. Beim Anschlussan den Steuergerätestecker sehr vorsichtig vorgehen, um Schäden anden Steckkontakten zu vermeiden. Mit einer Spannungsmessung prüfen,ob Batteriespannung anliegt.

Dazu wieder im Schaltplan die jeweiligen Massepins heraussuchen unddas Messkabel des Multimeter anschließen. Das zweite Messkabel wiedermit dem Massepunkt des Fahrzeugs verbinden. Der Widerstandswert soll-te ca. 0,1 Ohm nicht überschreiten (ungefährer Wert, der mit dem Kabel-querschnitt und Länge variieren kann).

Ist es erforderlich den Lenkwinkelsensor oder das Steuergerät auszutau-schen, muss im Anschluss eine Grundeinstellung durchgeführt werden.Aber auch während der Montage des Lenkwinkelsensors ist darauf zuachten, dass die Vorderräder und das Lenkrad in Geradeausstellung stehenund der neue Sensor sich in der Mittelstellung befindet. Beim Austauschdes kombinierten Sensors für die Gierrate und Querbeschleunigung, oderder einzelnen Sensoren, muss sehr vorsichtig vorgegangen werden. DieseSensoren sind sehr empfindlich. Sie dürfen nur in ihrer vorgegebenenPosition eingebaut werden. Es darf auf keinen Fall zu Verspannungen odereinem gewaltsamen Pressen, mit Hilfe der Befestigungsschrauben, in ihreEinbaulage kommen. Auch ein Ändern der Einbaurichtung ist nicht zulässig.

Prüfung von aktiven

Sensoren

Prüfung der

Spannungsversorgung

des Steuergerätes

Messen der Spannungs-

und Masseversorgung am

Steuergerät

Mit einer Widerstands-

messung die Masse-

verbindung des

Steuergerätes prüfen

Was ist beim Austauscheinzelner Bauteile zubeachten?

Raddrehzahlsensoren im Kraftfahrzeug

Funktion, Diagnose, Fehlersuche.

Ideen für dasAuto der Zukunft

Beleuchtung Elektrik Elektronik

Thermo

Management

Verkaufs-

Unterstützung

Unsere Ideen,

Ihr Erfolg.

Technischer

Service

2

Bedeutung von Raddrehzahlsensoren

Die steigende Komplexität im Straßenverkehr stellt hohe Herausforderungen an den Autofahrer. Fahrerassistenz-Systeme bieten dem Fahrer Entlastung und optimieren die Verkehrssicherheit. In nahezu allen europäischen Neufahrzeugen gehören moderne Fahr-zeugassistenz-Systeme daher inzwischen zur Grundausstattung und stellen Werk stätten vor neue Herausforderungen. Die Fahrzeugelektronik spielt heute in allen Komfort- und Sicherheitsausstattungen eine Schlüsselrolle. Das optimale Zusammenspiel komplexer elektronischer Systeme sichert die fehlerfreie Funktion des Fahrzeugs und steigert damit die Verkehrssicherheit.

Die intelligente Datenkommunikation der elektronischen Fahrzeugsysteme wird durch Sensoren unterstützt. Unter dem Aspekt der Fahrsicherheit sind insbesondere Dreh-zahlsensoren bedeutend, das zeigt ihre vielfältige Verwendung in verschiedenen Fahrzeugsystemen.

In Fahrassistenzsystemen wie ABS, ASR, ESP oder ACC werden sie von den Steuer-geräten zur Erkennung der Raddrehzahl verwendet.

Die Rad-Drehzahlinformation wird über Datenleitungen vom ABS Steuergerät auch anderen Systemen (Motor-, Getriebe-, Navigations- und Fahrwerkregelsystemen) zur Verfügung gestellt.

Durch diese vielseitige Verwendung leisten Drehzahlsensoren einen direkten Beitrag zur Fahrdynamik, Fahrsicherheit, Fahrkomfort, geringeren Kraftstoffverbrauch und niedrige Emissionswerte.

Raddrehzahlsensoren werden aufgrund ihrer Wirkungsweise in aktive und passive Sensoren unterschieden. Eine eindeutige Zuordnung ist nicht definiert.

Im Werkstattalltag hat sich hierzu folgende Definition durchgesetzt:

Wird ein Sensor erst durch das Anlegen einer Versorgungsspannung „aktiviert“, und generiert dann ein Ausgangssignal, wird dieser Sensor als „aktiv“ bezeichnet. Arbeitet ein Sensor ohne eine zusätzliche Versorgungsspannung, wird dieser Sensor als „passiv“ bezeichnet.

Inhalt

Aufbau und Wirkung von Raddrehzahlsensoren

Seite

2 Bedeutung von Raddrehzahlsensoren

2–5 Aufbau und Wirkung von Raddrehzahlsensoren

6–9 Praxis-Beispiel zur Fehler-Diagnose im Werkstattalltag

10–11 Fehlersuchbaum Raddrehzahlsensoren

3

Induktive Passive Sensoren Signalverarbeitung

Die Raddrehzahlsensoren sind direkt über dem Impulsrad angebracht, das mit der Rad-nabe oder Antriebswelle verbunden ist. Der Polstift, der von einer Wicklung umgeben ist, ist mit einem Dauermagneten verbunden, dessen Magnetwirkung bis an das Polrad hineinreicht. Die Drehbewegung des Impulsrades und der damit verbundene Wechsel von Zahn und Zahnlücke bewirkt eine Änderung des magnetischen Flusses durch den Polstift und die Wicklung. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert in der Wicklung eine messbare Wechselspannung. Die Frequenz und Amplituden dieser Wechsel-spannung stehen im Verhältnis zur Raddrehzahl (Bild 1). Induktive passive Sensoren benötigen keine separate Spannungsversorgung durch das Steuergerät.

Da der Signalbereich für die Signalerkennung vom Steuergerät definiert wird, muss sich die Amplitudenhöhe innerhalb eines Spannungsbereiches bewegen. Der Abstand (A) zwischen Sensor und Impulsrad wird durch die Achskonstruktion vorgegeben (Bild 2).

Funktionsweise

Der Aktivsensor ist ein Näherungssensor mit integrierter Elektronik, der mit einer vom ABS-Steuergerät definierten Spannung versorgt wird. Als Impulsrad kann zum Beispiel ein Multipolring verwendet werden, der gleichzeitig in einem Dichtring eines Radlagers eingesetzt ist. In diesem Dichtring sind Magnete mit wechselnder Polrichtung ein.gesetzt (Bild 3). Die in der elektronischen Schaltung des Sensors integrierten magneto-resistiven Widerstände, erkennen bei der Drehung des Multipolringes ein wechselndes Magnetfeld. Dieses Sinussignal wird von der Elektronik im Sensor in ein digitales Signal umgewandelt (Bild 4). Die Übertragung zum Steuergerät erfolgt als Stromsignal im Pulsweitenmodulationsverfahren. Der Sensor ist über ein zweipoliges elektrisches Anschlusskabel mit dem Steuergerät verbunden. Über die Spannungsversorgungs-leitung wird gleichzeitig das Sensorsignal übermittelt. Die andere Leitung dient als Sensormasse. Neben magnetoresistiven Sensorelementen werden heute auch Hall-sensorelemente verbaut, die größere Luftspalte zulassen und auf kleinste Änderungen im Magnetfeld reagieren.

Wird in einem Fahrzeug statt einem Multipolring ein Stahl-Impulsrad eingebaut, wird auf dem Sensorelement zusätzlich ein Magnet aufgebracht. Dreht sich das Impulsrad verändert sich das konstante Magnetfeld im Sensor. Die Signalverarbeitung und der IC sind identisch mit dem magnetoresitiven Sensor.

Bild 1 Bild 2

Aktive Sensoren

Bild 3 Bild 4

1 Multipolring

2 Sensor

3 Sensorgehäuse

4

Vorteile der Aktivsensoren (im Vergleich zu passiven Sensoren):

Drehzahlerfassung aus dem Stillstand. Das ermöglicht bereits Geschwindigkeits - messungen bis zu 0,1 km/h, was bei Antriebsschlupfsystemen (ASR) bereits im Moment des Anfahrens von Bedeutung ist. Die nach dem Hall-Prinzip arbeitenden Sensoren erkennen Vorwärts- und Rück- wärtsbewegungen. Die Bauform des Sensors ist kleiner und leichter. Durch den Wegfall der Impulsräder entsteht eine Vereinfachung der Kraftüber- tragungsgelenke. Die Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen ist geringer. Veränderungen des Luftspaltes zwischen Sensor und Magnetring haben keine direkten Auswirkungen auf das Signal. Weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und Temperatur- schwankungen.

Auswirkungen bei Ausfall

Folgende Systemmerkmale sind bei Ausfall von Raddrehzahlsensoren erkennbar:

Aufleuchten der ABS-Kontrollleuchte Abspeichern eines Fehlercodes Blockieren der Räder beim Abbremsen Scheinregelungen Ausfall weiterer Systeme

Ausfallursachen

Leitungsunterbrechungen Innere Kurzschlüsse Äußere Beschädigung Starke Verschmutzungen Erhöhtes Radlagerspiel Mechanische Beschädigungen des Geberrades

Fehlersuche

Auslesen des Fehlerspeichers Überprüfen der Versorgungsspannungen und Signale mit Multimeter und Oszilloskop Sichtkontrolle der Verkabelung und der mechanischen Baugruppen

Aufgrund ihrer vorteilhaften technischen Eigenschaften, wie Genauigkeit und

geringe Baugröße, werden von den Fahrzeugherstellern seit 1998 vorwiegend

aktive Radsensoren verbaut.

Deshalb wird im nachfolgenden Teil dieser Broschüre die Fehlersuche auf

aktive Raddrehzahlsensoren eingeschränkt.

5

In der Regel ist vor der Prüfung der Raddrehzahlsensoren eine Störung an einem ABS/ASR/ESP Bremssystems vorausgegangen. Nach Aufleuchten der Warnlampebieten sich folgende Möglichkeiten der Fehlersuche und Diagnose an:

Diagnosegerät

Fehlerspeicher auslesen Parameter auswerten Vergleich der Raddrehzahlen auf dem Bremsenprüfstand

Multimeter

Voltmeter Spannungsversorgung prüfen (Plus und Masse) Ohmmeter Nicht anwendbar, da durch die Widerstandsmessung die Sensorelektronik zerstört werden kann.

Oszilloskop

Signaldarstellung Auswertung des Signalverlaufes

Voraussetzungen für eine sichere Diagnose sind:

Eine ausreichende Dokumentation in Form technischer Daten Ein geeignetes Diagnosegerät, Multimeter oder Oszilloskop Das technische Know-how des Technikers, Schulungen der Mitarbeiter

Bei der Diagnose von komplexen Systemen kann die beste Technik allein nicht helfen das Fahrzeug zu reparieren. Das wahllose Austauschen von Systemkomponenten führt in der Regel zu Störungen in den Werkstattprozessen und kann das vertrauens-volle Kundenverhältnis belasten.

Prüfmöglichkeiten

6

Praxis-Tipp

An dem folgenden Beispiel „Drehzahlsensor hinten links defekt“ erläutern wir die Diagnose eines aktiven Raddrehzahlsensors.

Ihr Kunde meldet eine Funktionsstörung des ABS-Systems. Die ABS-Warnlampe leuchtet während der Fahrt

Siehe hierzu auch Grafik auf Seite 10–11 (Geführte Fehlersuche).

Um das Fahrzeug richtig zuordnen zu können, ist es wichtig, dass die Fahrzeug- dokumente dem Auftrag beiliegen (Fahrzeugschein). Überprüfen Sie die Batteriespannung. Eine schlechte Spannungsversorgung kann zum Systemausfall, zu fehlerhaften Messungen oder zu Spannungsabfällen führen. Überprüfen Sie die systembezogenen Sicherungen. Ein Blick in den Sicherungs- kasten kann unter Umständen bereits die erste Fehlerquelle ausschalten.

1. Prüfung der Betriebsbremse

Fahrt auf dem Bremsenprüfstand durchführen. Hier empfi ehlt sich die Anwendung eines Rollenprüfstandes. Schon beim leichten Bremsen können so eventuelle Mängel an den Bremsmechanik festgestellt werden. Eine Unwucht in der Bremsscheibe führt beim Einbremsen zu unterschiedlichen Radgeschwindigkeiten und verändert somit die Rad- drehzahlinformation zum Steuergerät. Bremswirkung feststellen.

2. Sichtkontrolle

Fahrzeug auf die Hebebühne verbringen. Räder auf richtige Größe und Bereifung prüfen. Reifendruck und Profiltiefe prüfen. Radlagerspiel und Achsaufhängung prüfen. Bremsflüssigkeitstand überprüfen. Verschleiß der Bremsbeläge überprüfen. Stecker und Verkabelung der Sensoren auf Lage, Befestigung und grobe Beschädigungen prüfen.

3. Anwendung des Diagnosegerätes

Diagnosegerät an den 16 poligen OBD-Stecker anschließen. Je nach Fahrzeughersteller und Zulassungszeitpunkt des Fahrzeuges, kann es erforderlich sein, eine andere Diagnosesteckdose und einen zusätzlichen Adapter zu verwenden.

Praxis-Beispiel zur Fehler-Diagnose im Werkstattalltag

Die ABS-Warnlampe leuchtet.

Fehlersuche

Kundenbeanstandung

Diagnose-Vorbereitung

7

Programm auswählen. Fahrzeug auswählen. Kraftstoffart auswählen. Modell auswählen.

Gewünschte Funktion auswählen. System auswählen. Abhängig vom verwendeten Diagnosegerät können hier zusätzliche Hinweise auf die im Fahrzeug verbauten Systemvarianten angezeigt werden. Sollte keine eindeutige Zuordnung zum System möglich sein, kann – ohne das jeweilige Steuergerät zu beschädigen – nacheinander ein Diagnoseaufbau mit den angegebenen Steuergeräten durchgeführt werden. Nur das vom Diagnosegerät einwandfrei identifizierte Steuer- gerät wird die Kommunikation aufbauen.

Fehlerdiagnose starten. Eine sichere Kommunikation mit dem Steuergerät setzt einen korrekten Anschluss und eine ausreichende Batteriespannung voraus. Hier gut zu erkennen die vom Steuergerät ausgewertete Batterie- spannung von 12,69 Volt. Eine unzureichende Versorgungsspannung des Steuergerätes könnte hier ein Hinweis auf einen Mangel an der Verkabelung oder einen Defekt der Fahrzeugbatterie sein.

4. Fehlerspeicher auslesen

In diesem Beispiel wurde der Fehlercode „Drehzahlfühler hinten links“ abgespeichert. Neben dem Zahlencode wird von einigen Diagnosegeräten zusätzlich eine Definition des Fehlercodes angegeben. Dies erleichtert die weiteren Diagnoseschritte.

5. Details auswerten

Hier werden erste Hinweise auf eine mögliche Fehlerursache abgespeichert. Der angegebene Fehlercode weist nicht zwangsläufig auf einen tatsächlichen Defekt des Bauteils hin. Bevor mit dem Austausch von Einzelkomponenten begonnen wird, sollten diese Informationen sorgfältig gelesen werden, um anschließend die weitere Vorgehens- weise in der Diagnose festzulegen.

8

6. Parameter/Messwertblock auslesen

Hier werden die Istwerte zur weiteren Bewertung angezeigt. In diesem Fall sieht man deutlich den fehlerhaften Signalverlauf im Verhältnis zum Sensor HR. Aufgrund der sichtbaren Unregelmäßigkeiten im Signalverlauf kann man den Mangel eingrenzen.

Hinweis

Weist der Signalverlauf keine Unregelmäßigkeiten auf, sollte zunächst der Fehler gelöscht werden. Anschließend mit angeschlossenem Diagnosegerät eine Probefahrt durchzuführen. Hier empfiehlt sich gleichzeitig die Parameter auszuwerten, damit bei wiederholtem Auftreten des Fehlers eine Eingrenzung der Ursache besteht.

7. Spannungsversorgung überprüfen

Hier empfiehlt es sich direkt am Sensorstecker zu messen, um die komplette Leitung zwischen Steuergerät und Sensor zu prüfen.

8. Sensoraufnahme und Impulsring prüfen

Sensor ausbauen. Sensor und Impulsring auf Beschädigungen prüfen. In unserem Beispiel wurde ein Mangel am Sensorkabel festgestellt: Eine Kabelunterbrechung im Versorgungskabel – verursacht durch eine mechanische Beschädigung – führte zu einem Wackelkontakt am Steckergehäuse.

Praxis-Tipp

Aufgrund der Bauweise des Steckers, ist eine sichere Messung direkt an den Steckkontakten sehr aufwendig. Es kann nützlich sein, sich aus einem alten baugleichen Sensor einen Adapter anzufertigen.

9

9. Raddrehzahlsensor erneuern

Sensoraufnahme reinigen. Auflagefläche mit einer Drahtbürste oder wenn erforderlich mit Schmirgelpapier reinigen. Raddrehzahlsensor ersetzen. Bitte achten Sie auf die ordnungsgemäße Verlegung und Befestigung des Sensorkabels. Anzugsdrehmoment beachten. Sollte vom Fahrzeughersteller ein Drehmoment vorgegeben sein, ist dieses einzuhalten.

10. Fehlerspeicher auslesen

Gespeicherten Fehler löschen. Durch die am Fahrzeug durchgeführten Diagnosearbeiten können vom Steuergerät zusätzliche Fehler erkannt werden. Diese müssen vor der Probefahrt gelöscht werden.

11. Probefahrt durchführen

Um nach dem Austausch des Sensors das Raddrehzahlsignal zu kontrollieren, sollte anschließend eine Probefahrt mit angeschlossenem Diagnosegerät – bei gleichzeitiger Auswertung der Parameter – durchgeführt werden.

12. Endkontrolle

Nach der Probefahrt erneut den Fehlerspeicher auslesen. Durch die Systemvernetzung im Fahrzeug wird ein Mangel im ABS-System auch in anderen Steuergeräten abgespeichert. Hier empfiehlt sich eine Gesamtabfrage der Steuergeräte durchzuführen und abgespeicherte Fehler zu löschen.

Hinweis:

Bitte beachten Sie bei allen Prüf- und Diagnosearbeiten immer die Angaben des Fahrzeugherstellers. Hier kann es je nach Hersteller zu- sätzliche fahrzeugspezifische Prüfmethoden geben, die berücksichtigt werden müssen. Das optimale Zusammenwirken der Faktoren Mensch und Technik ist wichtiger denn je. Nur der kompetente Werkstatt- Fachmann mit aktuellem Know-how, der sein technisches Equipment optimal einzusetzen weiß, ist fit für die Anforderungen der Zukunft.

Kunde meldet

Funktionsstörung

ABS Warnlampe

leuchtet

Fehlersuchbaum Raddrehzahlsensoren

Beispiel: ABS Warnlampe leuchtet, Radrehzahlsensor (aktiv) hinten links defekt.Diagnosevoraussetzung: Reifendruck und Profiltiefe in Ordnung.

nein

ja

i. O.

Unterbrechungen beseitigen.

Elektrische Verbindungen

instandsetzen

i. O.nicht

i. O. Bremsanlage

instandsetzen

Diagnosegerät

vorhanden?

Dialog mit

Steuergerät

möglich?

Die Parameter der

Raddrehzahlsensoren

mit dem Diagnosegerät

auslesen

1

Fehlerspeicher

auslesen

Spannungs-

versorgung des Steuergeräts

und des Diagnose-

anschlusses i. O.?

jaja

Leistungs-

prüfung der

hydraulischen Bremsanlage

auf dem Bremsenprüfstand.

Bremsflüssigkeit und Verschleiß

der Bremsbeläge

begutachten.

Fehler*:

Raddrehzahlsensor

hinten links

nicht i.O.

Unregelmäßigkeiten

in der Anzeige,

Unterbrechungen im

Signalverlauf oder

fehlendes Sensorsignal

2

nicht

i. O.

nein nein

Funktions-

kontrolle

Weiter mit

A

Weiter mit

B

START

ENDE

10

* Ausgewertet mit Hella Gutmann Solutions-Diagnosegerät „Mega Macs“

** Diagnosegerät oder Oszilloskop

*** Hier sollte sichergestellt sein, dass alle vorausgegangenen Prüfungen

ordnungsgemäß durchgeführt wurden und eindeutig auf einen Defekt

am Steuergerät hinweisen.

i. O.

nicht i. O.

kein Signal

fehler-

haft

i. O.

nicht

i. O.

i. O.Funktions-

kontrolle

Raddrehzahlsensor

erneuern

i. O.

i. O.

Raddrehzahlsensor

erneuern

Steuergerät

erneuern ***

Defekte Bauteile erneuern

Sicht-

kontrolle der

Sensorleitungen

Spannungs-versorgung des

Raddrehzahlsensors überprüfen

Radlagerspiel und Impulsrad

prüfen

A

B

Funktions-

kontrolle

Funktions-

kontrolle

Funktions-

kontrolle

nicht

i. O.

nicht

i. O. i. O.Instandsetzung

nach Vorgabe des

Fahrzeugherstellers

durchführen

Spannungs-

versorgung und Verkabelung

des ABS-Steuergerätes auf

Unterbrechung oder Kurzschluss,

sowie die Steckverbindungen

überprüfen

Rad-

drehzahlsignal mit

geeignetem Testgerät**

überprüfen

ENDE

nicht i. O.

11

85

An die heutigen Automobile werden immer höhere Erwartungen gestellt.Die Anforderungen an die Fahrsicherheit, den Fahrkomfort, die Umwelt-verträglichkeit und die Wirtschaftlichkeit nehmen stetig zu.

Die Entwicklungszeiten für neue Technologien werden kürzer, die Ziele derEntwickler immer ehrgeiziger. Das ist der berühmte Fortschritt und das istauch gut so. Ihm verdanken wir solche Entwicklungen, wie z.B. ABS,Airbag, vollautomatische Klimaanlagen, um nur einige Beispiele aus demHeer an technischen Neuentwicklungen herauszugreifen, die in den letztenzehn Jahren in das Automobil eingeflossen sind.

Durch diese Entwicklung steigt auch der Anteil an elektronischenSystemen. Bei modernen Fahrzeugen arbeiten je nach Fahrzeugklasseund Ausstattung zwischen 25 und 60 elektronische Steuergeräte, die alleverkabelt werden wollen. Bei der konventionellen Art der Verkabelung würden die Kabel, Steckerund Sicherungskästen gewaltige Ausmaße annehmen, was aufwändigeProduktionsprozesse zur Folge hätte. Ganz zu schweigen von denProblemen, die bei der Fehlerdiagnose an solchen Fahrzeugen entstehenwürden. Dann beginnt für den Mechaniker oft eine mühselige und lang-wierige Fehlersuche, die vom Kunden teuer bezahlt werden muss. Auchder Datenaustausch der Steuergeräte untereinander stößt bei dieserTechnik an die Grenze des Machbaren.

Im Jahre 1983 stellte daher die Automobilindustrie die Forderung nacheinem Kommunikationssystem, das in der Lage wäre, die Steuergerätemiteinander zu vernetzen und den erforderlichen Datenaustausch zu reali-sieren. Folgende Eigenschaften sollte das System erfüllen:

Günstiger Preis für die Serienanwendung

Echtzeitfähigkeit für schnelle Vorgänge

Hohe Zuverlässigkeit

Hohe Sicherheit gegen elektromagnetische Störungen

Das verbreitetste Bussystem ist der CAN-Datenbus.

1983 Beginn der CAN-Entwicklung (Bosch).

1985 Beginn der Kooperation mit Intel zur Chipentwicklung.

1988 Der erste CAN-Serientyp von Intel ist verfügbar. Mercedes-Benz beginnt mit der CAN-Entwicklung im KFZ- Bereich.

1991 Erster Einsatz von CAN in einem Serienfahrzeug (S-Klasse).

1994 Ein internationaler Standard für CAN wird eingeführt (ISO 11898).

1997 Erster Einsatz von CAN im Innenraum (C-Klasse).

2001 Einzug von CAN in Kleinwagen (Opel Corsa) im Triebstrang und Karosseriebereich.

CAN steht für Controller Area Network

Systeme:Der CAN-Datenbus

Was bedeutet CAN?

Geschichte des CAN-Datenbusses:

86

Systeme: Der CAN-Datenbus

Datenaustausch in alle Richtungen zwischen mehreren Steuergeräten.

Mehrfachnutzung von Sensorsignalen möglich.

Sehr schnelle Datenübertragung.

Niedrige Fehlerquote durch viele Kontrollen im Datenprotokoll.

Für Erweiterungen sind meistens nur Softwareänderungen nötig.

CAN ist weltweit genormt, d. h. der Datenaustausch von Steuer-geräten unterschiedlicher Hersteller ist möglich.

Einen CAN-Bus kann man sich wie einen Omnibus vorstellen. So wie derOmnibus viele Personen transportiert, so transportiert der Datenbus vieleInformationen.

Ohne Datenbus müssen alle Informationen über viele Leitungen zu denSteuergeräten geführt werden. Das bedeutet, dass für jede einzelne Information jeweils eine Leitungexistiert.

Vorteile des CAN-Datenbusses:

Was ist einCAN-Datenbus?

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Systeme:Der CAN-Datenbus

Mit dem Datenbus hat sich die Anzahl der Leitungen deutlich verringert.Sämtliche Informationen werden über maximal zwei Leitungen zwischenden Steuergeräten ausgetauscht. Es gibt unterschiedliche Verbindungstechniken (Netzwerk) im Automobil-bereich. Folgend ein kleiner Überblick mit ihren Eigenschaften.

Bei der Sternstruktur sind alle Busteilnehmer an eine Zentrale (Steuergerät) angeschlossen.

Sollte das Steuergerät ausfallen, ist die Verbindung gestört.

Bei der Ringstruktur sind alle Teilnehmer gleichberechtigt. Um von Gerät A nach Gerät B zu kommen, muss eine Information

meistens über ein anderes Gerät laufen. Fällt ein Gerät aus, hat das den Ausfall des gesamten Systems zur

Folge. Updates sind zwar leicht durchzuführen, benötigen allerdings eine

Betriebsunterbrechung.

Sternstruktur

Ringstruktur

Befehlseinheit

Steuergerät

Außenspiegellinks

Außenspiegelrechts

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Vom Sender erfolgt die Signalausbreitung in einer Linie in beide Richtungen.

Fällt ein Gerät aus, sind die anderen noch in der Lage miteinander zukommunizieren.

Da die lineare Struktur im Automobil am häufigsten verwendet wird, infor-miert diese Ausgabe hauptsächlich über diese CAN-Bus-Struktur.

Netzknoten: In ihm sind der Mikro-Kontroller, der CAN-Kontroller (Steuergerät) und der Bustreiber untergebracht.

Mikro-Kontroller: Ist für die Steuerung des CAN-Kontrollers zuständig und bearbeitet Sende- und Empfangsdaten.

CAN-Kontroller: Ist verantwortlich für den Sende- und Empfangs-betrieb.

Bustreiber: Sendet bzw. empfängt den Buspegel.

Busleitung: Ist eine Zweidrahtleitung (für beide Signale; CAN-Highund CAN-Low). Zur Reduzierung von elektromagne-tischen Störungen sind die Leitungen verdrillt.

Lineare Struktur

Aufbau des Datenbussystems

Befehlseinheit

Steuergerät

Befehlseinheit Steuergerät

Außenspiegellinks

Außenspiegelrechts

Außenspiegellinks

Außenspiegelrechts

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Systeme:

Busabschluss: Abschlusswiderstände mit jeweils 120 Ω verhindernein „Echo“ an den Leitungsenden und vermeiden so eine Signalverfälschung.

Die Datenübertragung mit dem CAN-Datenbus funktioniert ähnlich wieeine Telefonkonferenz. Ein Teilnehmer (Steuergerät) „spricht“ seineInformationen (Daten) in das Leitungsnetz hinein, während die anderenTeilnehmer diese Informationen „mithören“. Einige Teilnehmer finden dieseinteressant und nutzen sie. Andere ignorieren sie einfach.

Beispiel:Ein Automobil setzt sich in Bewegung, ohne dass die Fahrertür richtiggeschlossen wurde. Damit der Fahrer jetzt gewarnt werden kann, benötigtz. B. das Check-Control-Modul zwei Informationen:

Fahrzeug bewegt sich

Fahrertür ist offen

Die Information werden jeweils vom Türkontaktsensor /Raddrehzahlsensor aufgenommen bzw. erzeugt und in elektrische Signaleumgewandelt. Diese wiederum werden von den jeweiligen Steuergerätenin digitale Informationen umgewandelt und dann als Binärcode durch dieDatenleitung geschickt, bis sie vom Empfänger abgegriffen werden. Im Falle des Raddrehsignals, wird das Signal ebenfalls noch von anderenSteuergeräten benötigt, z.B. vom ABS-Steuergerät. Dies trifft auch beieinigen Fahrzeugen zu, die mit einem aktiven Fahrwerk ausgestattet sind.Geschwindigkeitsabhängig wird dort der Abstand zur Fahrbahn verändert, um die Straßenlage zu optimieren. Alle Informationen gehenüber den Datenbus und können von jedem Teilnehmer analysiert werden.

Das CAN-Datenbussystem ist als Multi-Master-System ausgelegt, d. h.

Alle Netzknoten (Steuergeräte) sind gleichberechtigt.

Sie sind gleichermaßen für Buszugriff, Fehlerbehandlung und Ausfall-kontrolle zuständig.

Jeder Netzknoten hat die Eigenschaft, selbständig und ohne Hilfe einesanderen Netzknotens auf die gemeinsame Datenleitung zuzugreifen.

Kommt es zum Ausfall eines Netzknotens, fällt dadurch nicht dasGesamtsystem aus.

Wie funktioniert ein Datenbus?

Netzknoten

Mikro-Kontroller

CAN-Kontroller

Bustreiber

CAN-Bus

CAN-Bus BusabschlussR 120 Ω

BusabschlussR 120 Ω

90


Beim Multi-Master-System erfolgt der Buszugriff unkontrolliert, d. h.sobald die Datenleitung frei ist, können mehrere Netzknoten auf diesezugreifen. Würden jetzt aber alle Informationen gleichzeitig durch dieLeitung geschickt, wäre das Chaos perfekt. Es könnte zu einer „Datenkollision“ kommen. Also muss für Ordnunggesorgt werden. Deshalb gibt es beim CAN-Bus eine klare Hierarchie, werzuerst senden darf und wer warten muss. Bei der Programmierung derNetzknoten wurde die Reihenfolge der Wichtigkeit der einzelnen Datenfestgelegt. Dadurch setzt sich eine Nachricht mit hoher Priorität gegeneine Nachricht mit niedriger Priorität durch. Sendet ein Netzknoten mithoher Priorität, schalten alle anderen Netzknoten automatisch aufEmpfang.

Beispiel:Eine Nachricht, die von einem sicherheitstechnischen Steuergerät kommt,wie z. B. dem ABS-Steuergerät, wird immer eine höhere Priorität habenals eine Nachricht von einem Getriebe-Steuergerät.

Bei CAN unterscheidet man zwischen dominanten und rezessivenBuspegeln. Der rezessive Pegel hat den Wert 1 und der dominante denWert 0. Wenn jetzt mehrere Steuergeräte gleichzeitig dominante undrezessive Buspegel senden, darf das Steuergerät mit dem dominanten Pegel als erster seine Nachricht senden.

An diesem Beispiel soll noch einmal der Buszugriff verdeutlicht werden.Hier wollen jetzt drei Netzknoten ihre Nachricht über den Bus übertragen.Während des Arbitrierungs-Vorgangs wird das Steuergerät S1 vorzeitigden Sendeversuch bei Punkt A abbrechen, da sein rezessiver Buspegelvon den anderen Steuergeräten S2 und S3 durch dominante Buspegelüberschrieben wird. Das Steuergerät S2 bricht den Sendeversuch bei Punkt B aus demselbenGrund ab. Somit setzt sich Steuergerät S3 durch und kann seineNachricht übertragen.

Wie funktioniert die Hierarchie (Buslogik)beim CAN-Bus?

Data Field

Inter

Frame

Space

Control

Field

Control

Field

R

T

R

R

T

R

S

O

F

S

O

F

S1

10

S2

S3

A B

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Arbitrierungsphase

Buspegelrezessiv

Busdominant

Identifier

91

Systeme:

Die Datenübertragung erfolgt über ein Datenprotokoll in sehr kurzenZeitabständen. Das Protokoll besteht aus einer Vielzahl von aneinandergereihten Bits. Die Anzahl der Bits ist abhängig von der Größe des Datenfeldes. Ein Bitist die kleinste Informationseinheit, acht Bits entsprechen einem Byte =eine Botschaft. Diese Botschaft ist digital und kann nur den Wert 0 oder 1haben.

High-Speed-Bus-Signal

Auf dem Bus befinden sich die Signale CAN-H (high = hoch) und

CAN-L (low = niedrig).

Die beiden Signale sind spiegelverkehrt zueinander.

Heute kommen in modernen Fahrzeugen zwei CAN-Busse zum Einsatz.

Der High-Speed-Bus (ISO 11898)

SAE CAN Class C

Übertragungsrate 125 kBit/s - 1 Mbit/s

Buslänge bis 40 Meter bei 1 Mbit/s

Senderausgangsstrom > 25 mA

Kurzschlussfest

Geringer Stromverbrauch

Bis 30 Knoten

Durch seine hohe Übertragungsgeschwindigkeit (echtzeitkritischerInformationstransfer in Millisekunden) kommt dieser Bus imAntriebsstrang, wo Steuergeräte von Motor, Getriebe, Fahrwerk undBremsen miteinander vernetzt werden, zum Einsatz.

Was ist ein Datenprotokoll?

CAN-Datenbusse im PKW

Rezessives Bit

CAN-H 2,5 V

CAN-L 2,5 V

Differenz 0 V

Dominantes Bit

CAN-H 3,5 V

CAN-L 1,5 V

Differenz 2 V

Wie sieht ein CAN-Signal aus?

Buspegel(V) CAN-H

Zeit

CAN-L

rezessivrezessiv dominant

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Der Low-Speed-Bus (ISO 11519-2)

SAE CAN Class B

Übertragungsrate 10 kBit/s - 125 kBit/s

Max. Buslänge ist abhängig von der Übertragungsrate

Senderausgangsstrom < 1 mA

Kurzschlussfest

Geringer Stromverbrauch

Bis 32 Knoten

Dieser Bus kommt im Innenraum, wo Komponenten der Karosserie- undder Komfortelektronik miteinander vernetzt sind, zum Einsatz.

Mögliche Fehler beim CAN-Datenbus:

Unterbrechung der Leitungen.

Schluss nach Masse.

Schluss nach Batterie.

Schluss CAN-High / CAN-Low.

Zu niedrige Batterie / Versorgungsspannung.

Fehlender Abschlusswiderstand.

Störspannungen durch z. B. eine defekte Zündspule,

die zu unplausiblen Signalen führen können.

Fehlersuche:

Funktion des Systems prüfen.

Fehlerspeicher abfragen.

Messwerteblock lesen.

Signal mit dem Oszilloskop aufnehmen.

Pegelspannung prüfen.

Widerstandsmessung der Leitungen.

Widerstandsmessung der Abschlusswiderstände.


Diagnose des CAN-Datenbusses

93

Vor jeder Fehlersuche sollte geprüft werden, ob in das betroffeneFahrzeug Zusatzgeräte eingebaut sind, die auf Informationen desDatenbussystems zugreifen. Evtl. wurden durch den Eingriff in denDatenbus, Systemstörungen eingebaut. Die Möglichkeiten der Fehler-suche im Datenbus hängen von einigen Faktoren ab. Entscheidend ist,welche Möglichkeiten der Fahrzeughersteller der Werkstatt vorgibt. Dieskann die Fehlersuche mit dem Diagnosegerät sein, wenn ein geeignetesDiagnosegerät zur Verfügung steht, oder eben "nur" mit dem Oszilloskopund Multimeter. Auch die Verfügbarkeit von fahrzeugspezifischen Daten(Schaltpläne, Datenbustopologie, usw.) ist sehr wichtig, um die Vernetzungdes Fahrzeugs aufzuschlüsseln.

Bei der Fehlersuche, ob mit dem Diagnosegerät oder Oszilloskop, sollteimmer strukturiert vorgegangen werden. Das bedeutet, man kann durcheinfaches "Ausprobieren" den Fehler evtl. schon eingrenzen um dieanschließenden Messungen auf das Nötigste zu reduzieren. Um dieFehlersuche besser darstellen zu können, nehmen wir ein Fahrzeug alsBeispiel. Hierbei handelt es sich um die Mercedes Benz E-Klasse (W210).

Folgender Fehler wird beanstandet: Fensterheber auf der Beifahrerseite ohne Funktion.

Funktionsprüfung:1. Lässt sich der Fensterheber von der Fahrerseite aus betätigen?

Ja: In diesem Fall sind beide Türsteuergeräte, die CAN-Datenbusleitungenund der Fensterhebermotor in Ordnung. Der Fehler liegt wahrscheinlich imFensterheberschalter auf der Beifahrerseite.

Nein: Lassen sich andere Funktionen (z.B. Spiegelverstellung) bedienen? Ist es möglich andere Funktionen auszuführen ist davon auszugehen, dassdie Türsteuergeräte und der CAN-Datenbus in Ordnung sind. MöglicheFehlerursachen sind der Fensterheberschalter auf der Fahrerseite oder derFensterhebermotor auf der Beifahrerseite. Dieses lässt sich durch eineFunktionsprüfung von der Beifahrerseite aus feststellen. Funktioniert derFensterheber, kann der Fensterhebermotor ausgeschlossen werden. Eskommt als Fehlerursache der Schalter auf der Fahrerseite in Betracht.

Lassen sich keine anderen Funktionen von der Fahrerseite auf derBeifahrerseite ausführen, liegt der Fehler möglicherweise im CAN-Datenbus oder in den Steuergeräten.

Systeme:

Fehlersuche im Datenbus

94

Gutbild: Beide Signale CAN-H und CAN-L sind vorhanden.

Schlechtbild: Nur ein Signal ist sichtbar.

Um das Oszilloskop mit dem CAN-Datenbus zu verbinden, sollte an einergeeigneten Stelle der Anschluss erfolgen. In der Regel ist das an derSteckverbindung zwischen Steuergerät und CAN-Datenbusleitung. Inunserem Beispielfahrzeug befindet sich auf der Beifahrerseite, imKabelkanal unter der Schwellerleiste (Bild), ein Potentialverteiler.


Vergleich Gutbild-Schlechtbildam Oszilloskop

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Hier laufen die einzelnen Datenbusleitungen von den Steuergerätenzusammen. An diesem Potentialverteiler kann das Oszilloskop ohneProbleme angeschlossen werden.

Sind auf dem angeschlossenen Oszilloskop keine Signale erkennbar, istder Datenbus gestört. Um festzustellen, in welchem Bereich der Fehlerliegt, können nun die einzelnen Steckverbindungen getrennt werden.Dabei ist das Oszilloskop zu beobachten. Sind nach dem Trennen einerSteckverbindung Signale auf dem Oszilloskop sichtbar, arbeitet derDatenbus wieder. In dem zu der Steckverbindung gehörenden Systemliegt der Fehler. Alle vorher abgezogenen Stecker sollten wieder aufge-steckt werden. Das folgende Problem, ist die Steckverbindung, die zudem fehlerhaften System gehört, einem Steuergerät zuzuordnen. Hierwerden seitens des Fahrzeugherstellers keinerlei Angaben gemacht.

Um die Suche möglichst einfach und effektiv zu gestalten, sollte wiederdurch Ausprobieren herausgefunden werden, welche Systeme nicht funk-tionieren. Anhand der fahrzeugspezifischen Daten, über die Vernetzungund Einbauorte der einzelnen Steuergeräte, kann das fehlerhafte Systemausfindig gemacht werden. Durch Trennen der Datenbus-Steckverbindungam Steuergerät und Verbinden der Steckverbindung am Potentialverteilerkann festgestellt werden, ob der Fehler in der Kabelverbindung oder imSteuergerät liegt. Sind auf dem Oszilloskop Signale zu erkennen, arbeitetder Datenbus und die Kabelverbindung ist in Ordnung. Sind die Signalenach dem Anklemmen des Steuergerätes nicht mehr erkennbar, liegt einDefekt im Steuergerät vor. Wird eine defekte Kabelverbindung festgestellt,kann mit einer Widerstands- und Spannungsmessung ein Masse- oderPlusschluss oder eine Verbindung der Leitungen untereinander festgestelltwerden.

Systeme:

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Bei Fahrzeugen, die nicht über einen Potenzialverteiler verfügen, wird dieFehlersuche erheblich aufwändiger. Das Oszilloskop muss an einer geeig-neten Stelle (z. B. an einer Steckverbindung am Steuergerät) an dieDatenbusleitung angeschlossen werden. Dann müssen nacheinander allevorhandenen Steuergeräte ausgebaut, und die Datenbus Steckverbin-dungen direkt am Steuergerät getrennt werden. Hierzu sind fahrzeugspe-zifische Daten erforderlich, um festzustellen, welche Steuer-geräte im undwo im Fahrzeug verbaut sind. Vor und nach dem Trennen der Steckver-bindungen ist wieder das Oszilloskop zu beobachten. Die weitereVorgehensweise unterscheidet sich nicht mehr von unserem Beispiel-fahrzeug.

Zum Prüfen der Abschlusswiderstände, muss sich der Datenbus imRuhezustand (Sleepmode) befinden. Die Steuergeräte müssen bei derMessung angeschlossen sein. Der Gesamtwiderstand, der sich aus denbeiden parallel geschalteten 120 Ohm Widerständen ergibt, beträgt60 Ohm. Dieser wird zwischen den Leitungen CAN-High und CAN-Lowgemessen.

97

Systeme:

Bei der Fehlersuche mit dem Diagnosegerät ist die Prüftiefe ein entschei-dender Faktor. Begonnen werden sollte mit dem Auslesen des Fehlerspeichers. Sind im CAN-Bussystem Fehler vorhanden, können hier ersteAnhaltspunkte gefunden werden.

Durch das Auslesen der Messwertblöcke können weitere Funktionenüberprüft werden.

Wird mit dem Diagnosegerät ein Fehler festgestellt, werden zur weiterenEingrenzung des Fehlers wieder die Prüfungen mit dem Oszilloskop erfor-derlich. Ein häufig auftretendes Problem ist, dass Steuergeräte nach demAustausch oder nach dem Trennen der Versorgungsspannung (z.B.Erneuern der Batterie) nicht neu codiert / angepasst worden sind.

Fehlersuche mit demDiagnosegerät

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In diesem Fall sind die Steuergeräte zwar im Fahrzeug verbaut und ange-schlossen, führen jedoch keine Funktionen aus. Dies kann in einigenFällen auch zu Fehlern in anderen Systemen führen. Um diese Fehler aus-zuschließen, sollte sichergestellt werden, dass nach dem Tausch einesSteuergerätes oder dem Verlust der Versorgungsspannung das/dieSteuergerät(e) richtig codiert und an das Fahrzeug angepasst sind.

Schwierig gestaltet sich bisweilen der Einbau von Zusatzgeräten, z. B.Navigationssystemen, bei denen Signale aus dem Datenbus benötigt wer-den. Das Problem, einen geeigneten Ort zu finden um beispielsweise dasGeschwindigkeitssignal abzugreifen, ist ohne fahrzeugspezifischeUnterlagen sehr schwierig. Es gibt im Internet einige Seiten, die Informationen und Möglichkeiten überAnschlüsse und deren Einbauorte geben. Diese Angaben sind immerohne Gewähr, so dass die Werkstatt in jedem Fall das Risiko über dieRichtigkeit dieser Angaben trägt. Die sicherste Art ist in jedem Fall dieBerücksichtigung der Fahrzeugherstellerangaben.Um alle möglichen Datenbussysteme kennenzulernen, wie die Daten-übermittlung, der Aufbau, die Funktion und die Fehlersuche funktionieren,wie eventuell Zusatzgeräte eingebaut werden können, ist es in jedem Fallratsam, eine Schulung zu besuchen.

Einbau von Zusatzgeräten

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Systeme:Reifendruckkontrollsysteme

Der Reifendruck ist ein wesentlicher Sicherheitsfaktor des Automobils.Die häufigsten Reifenschäden sind auf einen schleichenden Druckverlustzurückzuführen. Dieser wird von den Fahrern des Fahrzeugs oftmals zuspät bemerkt. Ein zu niedriger Reifendruck führt zu erhöhtem Kraftstoff-verbrauch und einem schlechten Fahrverhalten. Damit verbunden sindauch eine Erhöhung der Reifentemperatur und ein größerer Verschleiß. Als Folge eines zu geringen Reifendrucks kann der Reifen plötzlich plat-zen. Dies bedeutet ein enormes Sicherheitsrisiko für alle Insassen. Daherbieten immer mehr Fahrzeughersteller Reifendruckkontrollsysteme (RDKS)serienmäßig oder als Zubehör an. Auch der allgemeine Teile-Handel bietetverschiedene Systeme zum Nachrüsten an.

Reifendruckkontrollsysteme überwachen den Reifendruck und die Reifen-temperatur. RDKS gibt es schon seit einigen Jahren und in den USA sindsie bei Neufahrzeugen bereits vorgeschrieben. Somit ist es an der Zeit,dass jede Werkstatt sich mit diesem Thema vertraut macht. Denn schonbeim Räderwechsel kann es, durch mangelhafte Kenntnis der Systeme,zur Beeinträchtigung der RDKS kommen.

Zwei grundlegend unterschiedliche Bauarten von RDK-Systemen befindensich zur Zeit im Markt – passive und aktive Systeme.

Bei den passiv messenden Systemen erfolgt die Drucküberwachung mitHilfe der fahrzeugseitigen ABS-Sensoren. Das ABS-Steuergerät erkenntden Druckverlust eines Reifens durch den geänderten Abrollumfang.Ein Reifen mit niedrigem Luftdruck macht mehr Umdrehungen als mit kor-rektem Luftdruck. Allerdings arbeiten diese Systeme nicht so genau wieaktiv messende Systeme und benötigen einen Druckverlust von ca. 30 %,bevor eine Warnmeldung erfolgt. Der Vorteil liegt in dem relativ günstigenPreis, da viele bereits vorhandene Fahrzeug-Komponenten genutzt wer-den können. Es ist lediglich eine angepasste ABS-Software und einezusätzliche Anzeige in der Instrumenteneinheit notwendig.

Wesentlich genauer aber auch aufwändiger und somit teurer, sind die aktivmessenden Systeme. Hier ist in jedem Rad ein batteriegespeister Sensoruntergebracht. Dieser misst die Temperatur und den Druck des Reifensund gibt die Messwerte über Funk an das RDKS-Steuergerät bzw. dieAnzeigeeinheit weiter. Zur Übertragung des Funksignals dienen eine odermehrere Antennen. Aktive Systeme vergleichen den Reifendruck mit einemim RDKS-Steuergerät hinterlegten Referenzwert, was den Vorteil hat, dassauch Druckverluste mehrerer Reifen gleichzeitig erkannt werden. Darum kann es erforderlich sein, dass nach dem Reifenwechsel einNeuabgleich (Kalibrierung) oder eine Neucodierung der Sensoren erforder-lich ist. Ein weiterer Nachteil der aktiv messenden Systeme besteht darin,dass die Batterien nach ca. 5-10 Jahren ausgetauscht werden müssen.Da diese je nach Hersteller mit den Sensoren eine Einheit bilden, bedeutetdas oftmals einen Komplettaustausch der Sensoreinheit. Ein notwendiger Batteriewechsel wird von der Anzeigeeinheit rechtzeitigangezeigt und kann somit nicht zum plötzlichen Systemausfall führen.Beim Wechseln von Sommer- auf Winterräder ist darauf zu achten, dasszusätzliche Radsensoren angebracht bzw. vorhandene Sensoren umge-baut werden müssen. Damit es bei der Reifenmontage nicht zuBeschädigungen oder Funktionsstörungen kommt, sind einige wichtigePunkte zu beachten.

Der richtige Reifendruck istwichtig!

Passive Systeme

Aktive Systeme

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Systeme: Reifendruckkontrollsysteme

Vor dem Rad- bzw. Reifenwechsel ist grundsätzlich darauf zu achten,inwiefern das Fahrzeug über ein RDKS verfügt. Zu erkennen ist dies z.B.an einem farbigen Ventil, einer farbigen Ventilkappe, einem Symbol imKombiinstrument oder einer zusätzlichen Anzeigeeinheit (bei nachgerüste-ten Systemen). Es ist empfehlenswert, gleich bei der Fahrzeugannahme,den Kunden nach einem RDKS zu fragen und auf die Besonderheiten hin-zuweisen. Bei aktiven Systemen sind folgende Punkte zu beachten:

Bei der Reifendemontage darf die Abdrückschaufel auf beiden Seitendes Reifens nur auf der gegenüberliegenden Seite des Ventils ange-setzt werden 1

Beim Abziehen des Reifens muss der Montagekopf ca.15 cm hinter dem Ventil angesetzt werden 2

Vermeiden Sie jegliche Krafteinwirkung auf den Sensor

Zur Demontage und Montage des Reifens dürfen Reifenwulst und Reifenhorn nur mit Montagespray oder Seifenlauge benetzt werden. Der Gebrauch von Montagepaste kann dazu führen, dass die Filter-fläche der Sensor-Elektronik verklebt

Der Sensor darf nur mit einem trockenen, fusselfreien Tuch gereinigt werden. Druckluft, Reinigungs- und Lösungsmittel dürfen nicht ver-wendet werden

Vor der Montage eines neuen Reifens muss die Sensoreinheit auf Verschmutzung, Beschädigung und festen Sitz geprüft werden

Den Ventileinsatz bzw. das Ventil erneuern (je nach Hersteller-vorgabe), Anzugsdrehmomente beachten

Nach der Montage ggf. Kalibrierung/Neucodierung bei kalten Reifendurchführen

Hinweise der Fahrzeug- und Systemhersteller sind gesondert zu beachten

Da es im Markt eine Menge unterschiedlich arbeitender Systeme verschiedener Hersteller gibt (Tabelle), sollten möglichst die hersteller-spezifischen Montageanleitungen beachtet werden.

Worauf ist bei der Räder-/Reifenmontage zu achten?

1

2

101

Systeme:

An dieser Stelle ist es nicht möglich, auf alle Besonderheiten einzugehen.Exemplarisch werden hier zwei Systeme näher beschrieben.

Das TSS von Beru wird bei vielen Fahrzeugherstellern serienmäßig ver-baut, aber auch als Zubehör bzw. zum Nachrüsten angeboten.BMW nennt das Beru-System "RDC" (Reifen Druck Control), beiMercedes und Audi heißt es "Reifendruckkontrollsystem". Es besteht ausje vier (bei zusätzlicher Reserveradüberwachung je fünf) Aluventilen,Radelektroniken (Radsensoren), Antennen und einem Steuergerät.Radelektronik und Ventil werden auf die Felge montiert. DieFunkempfänger befinden sich im Radhaus. Die Anzeigeneinheit ist beiserienmäßig verbauten Systemen im Kombiinstrument integriert.

Stand 2005, ohne Gewähr

Reifendruckkontroll-systeme im Überblick:

System Hersteller Beschreibung Verwendet bei

TSS Beru Tire Safety System – Audi, Bentley, BMW, Ferrari,

direkt messendes RDKS Land Rover, Maserati, Maybach,

mit vier separaten Antennen Mercedes, Porsche, VW, Nutzfahrzeuge

SMSP Schrader, Direkt messendes RDKS mit Citroën, Opel Vectra, Peugeot,

Vertrieb in D: Tecma einer zentralen Antenne Renault, Chevrolet, Cadillac

DDS Continental Teves Deflection Detection System – BMW M3, Mini, Opel Astra G

indirekt messendes RDKS

TPMS Continental Teves Tire Pressure Monitoring System – Opel Astra G

direkt messendes RDKS

Warn Air Dunlop Indirekt messendes RDKS BMW, Mini

Tire Guard Siemens VDO Direkt messendes RDKS Renault Megane

mit einem fest in den Reifen

integrierten, batterielosen Sensor

Smar Tire Vertrieb: Seehase Direkt messendes RDKS Universell

für die Nachrüstung

X-Pressure Pirelli Direkt messendes RDKS Universell


Road Snoop Nokian Direkt messendes RDKS Universell


Magic Control Waeco Direkt messendes RDKS Universell


1. Tire Safety System(TSS) Beru

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Bei nachgerüsteten Systemen wird eine separate Anzeigeeinheit verbaut.Bei der Demontage/Montage der Räder/Reifen, sind die vorher genanntenPunkte zu beachten. Die Radelektronik muss bei sichtbarer Beschädigungdes Gehäuses, oder bei einer verschmutzten Filteroberfläche, gewechseltwerden. Das komplette Ventil ist zu erneuern, wenn die

Radelektronik erneuert wird Selbstsichernde (Torx-) Befestigungsschraube und/oder die Über-

wurfmutter des Ventils lose sitzt (nicht nachziehen) Auflagepunkte der Radelektronik mehr als einen Millimeter abstehen

Bild 3 zeigt die einzelnen Bauteile des Systems:

Radelektronik (1) Radelektronik mit Reifenventil (2) Halteclips (3) Antenne (4) Steuergerät (5)

3


103

Der Zusammenbau und die Montage der Radelektronik und des Reifen-ventils sind mit Hilfe von Bild 4 einfach durchzuführen:

Selbstsichernde Befestigungsschraube (1) durch das Gehäuse der Radelektronik (2) stecken und zwei bis drei Umdrehungen in das Ventil einschrauben

Ventil (3) durch die Ventillochbohrung in der Felge schieben, Distanz-scheibe (4) aufstecken und Überwurfmutter (5) bis zur Anlage auf-schrauben

Montagestift (7) in die radiale Bohrung des Ventils stecken und Über-wurfmutter mit einem Drehmoment von 3,5 - 4,5 Nm anziehen. Montagestift herausziehen, sonst wird der Reifen bei der weiteren Montage beschädigt.

Radelektronik leicht in das Felgentiefbett drücken. Die Auflagepunktemüssen glatt im Tiefbett aufliegen. Danach die Befestigungsschraubemit einem Drehmoment von 3,5 - 4,5 Nm anziehen.

Nach der Reifenmontage die Ventilkappe (6) aufschrauben

Nach einem Räder- / Reifenwechsel, dem Tausch der Radpositionen, demErneuern der Radsensorik oder einer bewussten Änderung desReifendrucks (z.B. bei vollbeladenem Fahrzeug), werden die neuen Drückevom TSS übernommen. Dazu müssen zuerst alle Reifen mit dem vorge-schriebenen oder speziell gewählten Druck befüllt werden. Durch Drückender Kalibriertaste werden die Werte gespeichert. Das System prüft danach, ob die Drücke realistisch sind (z.B. derMindestdruck oder die Unterschiede zwischen links und rechts. Sollten dieRäder, z. B. beim saisonbedingten Rädertausch im Kofferraum des betrof-fenen Fahrzeugs transportiert werden, befinden sie sich in Reichweite desSteuergerätes. Wenn die zu tauschenden Räder schon mal ins Systemeingelesen wurden, empfängt das Steuergerät anstatt der gewohnten vier(mit Reserverad fünf) Signale, nun acht oder neun. In diesem Fall meldet sich das System als "nicht verfügbar".

4

Systeme:Reifendruckkontrollsysteme

104


Gleiches kann passieren, wenn sich ausgeladene Räder oder Räder einesanderen Fahrzeugs, die ebenfalls ein RDKS besitzen, in der Nähe befin-den. Machen Sie auch den Kunden darauf aufmerksam, dass das Systemdann wieder neu kalibriert werden muss. Die Kalibrierung der serienmäßi-gen TSS ist fahrzeugspezifisch. Anleitungen hiefür sind auf den Internetseiten von Beru abrufbar.

Praxis-Tipp:Wenn das Reserverad auch über das RDKS überwacht wird, sollte esnach dem Ausbau wieder genau in die Lage eingebaut werden, in der essich vorher befand. Insbesondere im Zuge einer Inspektion bzw. nachdem Prüfen des Luftdrucks, ist z.B. beim BMW E60, E65 darauf zu ach-ten, dass sich das Reifenventil nach dem Einbau des Reserverades wiederauf der 9 Uhr Position befindet. Der Empfänger erkennt nur in dieserPosition die Signale des Senders.

Insbesondere französische Fahrzeughersteller verwenden das SMSP-System von Schrader. Dieses unterscheidet sich dadurch, dass es ledig-lich über einen Funkempfänger (Antenne) verfügt. Die Position der Räderwerden durch Farbkennzeichnung der Ventile unterschieden:

Grüner Ring = Vorne links

Gelber Ring = Vorne rechts

Roter Ring = Hinten links

Schwarzer Ring = Hinten rechts

Nach einer Reifenmontage bzw. nach dem Austausch eines Sensors kanneine Codierung der Sensoren erforderlich sein, weil mit nur einer Antenneein Lageunterschied der Räder nicht erkannt wird oder die Funkverbin-dung unterbrochen wurde. Da die Elektronik bei diesem System währenddes Fahrzeugstillstandes lediglich alle 15 Minuten den Druck misst und dieMesswerte nur einmal stündlich an das Steuergerät weitergibt, benötigtman für die Codierung außer einem Diagnosegerät einen sogenannten"Ventilerreger" (Bild 5).

Er fordert die Radsensorik über Funk dazu auf, die Messwerte an dasSteuergerät zu übermitteln.

5

105

Systeme:

Diagnosegeräte wie z.B. Gutmann Mega Macs 40, 44 oder 55, sind darü-ber hinaus in der Lage, den Fehlerspeicher und die Istwerte (Bild 6) derRDKS-Systeme auszulesen und eventuelle Fehlercodes zu löschen. DieCodierung erfolgt folgendermaßen:

Diagnosegerät am Fahrzeug anschließen Programm-Codierung aufrufen Mit Hilfe des Ventilerregers Ventilcodes einlesen

Praxis-Tipp:Nach dem Abbauen der Räder (z.B. bei der Bremsenreparatur) müssendiese wieder an die Stelle montiert werden, an der sie ursprünglich geses-sen haben. Andernfalls kann es zu Anzeigefehlern des RDKS kommen(z.B. Renault Laguna 2).

Gesendet wird bei fast allen RDK-Systemen im Frequenzbereich von 433MHz. Dieser Frequenzbereich wird aber beispielsweise auch vonFunkgeräten, Funk-Kopfhörern, Alarmanlagen und Garagentorantriebengenutzt. Bitte berücksichtigen Sie dies, wenn es mal zu Störungen desRDKS kommen sollte. Die aktuelle Entwicklung geht hin zu kleinen, batte-rielosen (Transpondertechnologie), aktiven Systemen, die nur noch in dieKarkasse eingeklebt werden, oder mit im Reifen integriert sind. DieseSysteme arbeiten im nicht so störanfälligen 2,4 GHz Bereich und könnenneben Temperatur- und Druckwerten auch noch weitere Informationen,wie z.B. Fahrbahn- und Verschleißzustand erfassen.

In wenigen Jahren werden Reifendruckkontrollsysteme so selbstverständ-lich zur Ausstattung eines Fahrzeugs gehören, wie heute das ABS oderdie Klimaanlage. Bei aller Überwachungstechnologie sollte nur eines nichtvergessen werden. Ein RDKS korrigiert nicht selbständig den Luftdruckund gibt auch keine Auskunft über das Alter oder die Profiltiefe desReifens. Somit wird es auch in Zukunft unerlässlich sein, die Reifen alswichtigste Verbindung zwischen Fahrzeug und Strasse, regelmäßig zukontrollieren.

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EE08 Booklet Teil1 DTT - kfz-aufgaben.de · Hof/Stf 17 Inhaltsübersicht Fahrzeugelektronik Teil 2 Bearbeitete Version Hella – Fahrzeugelektronik