2.1.5 Reglerausführungen

Transkript

1 System Drehstromgenerator Reglerausführungen Elektronischer Spannungsregler Die Generatorspannung ist bei konstantem Erregerstrom stark von der Drehzahl und der Belastung abhängig. Bei einer Drehzahl von /min würde der Generator ohne Belastung und ohne Batterie eine Spannung von ca.140 Volt liefern. Trotz der sich ständig ändernden Betriebsbedingungen des Motors, muss die Spannung auf einem bestimmten Wert gehalten werden, um Verbraucher vor Überspannungen zu schützen und ein Überladen der Batterie zu verhindern. Aufgabe des Spannungsreglers ist es, die Generatorspannung auf ein bestimmtes Niveau zu begrenzen. Die Spannungsregelung erfolgt über ein Zu- und Abschalten des Erregerstromes. Damit wird die Größe des Magnetfeldes im Läufer in Abhängigkeit von der erzeugten Generatorspannung beeinflußt. Sobald die Generatorspannung durch zunehmende Motordrehzahl den vorgegebenen Sollwert übersteigt, unterbricht der Regler den Erregerstrom. Sinkt die Spannung bei abnehmender Motordrehzahl und das Hinzuschalten von Verbrauchern, z. B. den Scheinwerfern, unter die Sollspannung, schaltet der Regler den Erregerstrom wieder ein. Der elektronische Spannungsregler besteht aus Leistungsendstufe (1), Steuerstufe (2), Spannungsteiler (3), Dioden zur Temperaturkompensation (4). Konstante Stromversorgung Sehr niedriger Ruhestrom Batterie-Sensing Die Funktionselemente haben folgende Aufgaben: Der Spannungsteiler mit den Widerständen R1, R2 und R3 erfasst den Istwert der Generatorspannung zwischen den Klemmen D+ und D. Die zu R3 parallel geschaltete Z-Diode dient als Sollwertgeber. Die Dioden (4) dienen der Temperaturkompensation. Die Transistoren V2 und V3 sind als Darlington-Stufe ausgeführt und bilden die Leistungsstufe des Reglers. Der Endtransistor V3 öffnet und schließt den Erregerstromkreis. Der Transistor V1 dient als Steuertransistor. Die Freilaufdiode D3 parallel zur Erregerwicklung verhindert, dass bei Unterbrechung des Erregerstromes durch Selbstinduktion in der Erregerwicklung Spannungsspitzen entstehen. Der Kondensator C glättet die wellige Generatorgleichspannung. Load-Response- Funktionen Fehlerdiagnose Auslastungsabfrage Schutz vor Überspannungen Unterstützung des Motormanagements Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugmodelle Hohe Zuverlässigkeit

2 3 Starter 3.1 System Starter 3.1 System Starter Elektrotechnische Grundlagen: Motorprinzip Um einen stromdurchflossenen Leiter bildet sich ein Magnetfeld. Befindet sich der stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld eines Hufeisenmagneten, so bilden beide Magnetfelder ein Gesamtfeld (siehe Abb.): Links vom Leiter verlaufen die Feldlinien beider Magnetfelder in entgegengesetzter Richtung. Sie heben sich teilweise auf. Es entsteht eine Feldschwächung. Rechts vom Leiter verlaufen die Feldlinien beider Magnetfelder in gleicher Richtung. Es entsteht eine Feldverstärkung. Ist der Leiter als drehbare Schleife gestaltet, so verursachen die auf die stromdurchflossene Leiterschleife wirkenden magnetischen Kräfte eine Drehbewegung, die die Leiterschleife in eine waagrechte Lage dreht. Durch den Schwung dreht sich die Leiterschleife über die waagerechte Stellung hinaus. Der Stromwender sorgt dafür, dass die Stromrichtung nach 180 Drehung umgekehrt wird. Auf diese Weise wirkt die Kraft auf beide Schenkel immer in der gleichen Umfangsrichtung, so dass sich eine fortlaufende Drehung einstellt Gleichstrommotor Um ein gleichmäßiges Drehmoment zu erzielen, werden beim Gleichstrommotor viele Drahtschleifen angeordnet, die mit den Lamellen des Stromwenders verbunden sind. Die Leiterschleifen werden auf einen Anker gewickelt (Ankerwicklung). Neben dem Dauermagneten (Permanentmagnet) besitzen Gleichstrommotoren häufig eine Erregerwicklung zum Erzeugen des Magnetfeldes. Gleichstrommotoren unterscheiden sich durch unterschiedliche Schaltung von Anker- und Erregerwicklung. Energieversorgungsund Startsysteme Aufbau des Starters Der Starter besteht aus drei Funktionsteilen: Elektromotor, Einrückrelais, Einspurgetriebe Antriebswelle 2 Anschlagring 3 Ritzel 4 Rollenfreilauf 5 Einspurfeder 6 Einrückhebel 7 Einrückrelais 8 Haltewicklung 9 Einzugswicklung 10 Rückstellfeder 11 Kontaktbrücke 12 Kontakt 13 elektrischer Anschluss 14 Kommutatorlager 15 Kommutator 16 Bürstenhalter 17 Anker 18 Magnete 19 Polgehäuse 20 Planetengetriebe

3 48 5 Betriebswirtschaftliche Kalkulation 5 Betriebswirtschaftliche Kalkulation Zur Instandsetzung der Energieversorgungsanlage (Drehstromgenerator erneuern) möchte der Kunde vor Ausführung der Arbeit telefonisch über die Kosten informiert Fertigungslohnkosten Fertigungslohnkosten entstehen bei Instandsetzungsarbeiten an einem Fahrzeug. Die Lohnkosten sind die Kosten, die dem Auftrag direkt zugeordnet werden können. werden. Hierzu ist eine Kalkulation erforderlich. Mit der Kalkulation werden alle Kosten erfasst, die bei der Erledigung des Kundenauftrags entstehen. Es sind: Materialkosten Zu den Materialkosten zählen Ersatzteilkosten wie z. B. Drehstromgenerator, Bremsbeläge, die Kosten für Hilfsstoffe wie z. B. Motoröl, Bremsflüssigkeit, die einem Kundenauftrag direkt zuzuordnen sind. Gemeinkosten Gemeinkosten sind Kosten, die dem Auftrag nicht direkt zugeordnet werden können. Hierzu gehören: Gehälter für Meister, Angestellte usw. Hilfslöhne für betriebsbedingte Arbeiten Kosten aus Gewährleistungs- und Kulanzansprüchen Kosten für Sozialversicherung, Berufsgenossenschaft, Handwerkskammer, Innung Kosten für Strom, Heizung, Wasser, Telefon Kosten für Hilfsstoffe, z. B.Öle, Reinigungsmittel Betriebliche Steuern Büromaterial, Zeitungen, Zeitschriften Werbekosten Zinsen für Kredite und Investitionen Abschreibungen für Gebäude, Werkstattausrüstung, Fahrzeuge Vereinfachte Kalkulation zur Ermittlung der Reparaturkosten Lohnberechnung Leistungslohn Der Kfz-Mechatroniker arbeitet im Leistungslohn. Die Fahrzeughersteller haben für die Wartungs- und Instandsetzungarbeiten Richtzeiten vorgegeben, die eine Mindestleistung darstellen. Die Richtzeiten werden in Zeiteinheiten (ZE) oder Arbeitswerten (AW) angegeben. Der Werkstattfaktor (Sollleistung je h) gibt die Anzahl der Arbeitswerte pro Stunde an. Er beträgt in der Regel 12 AW/h. 1 h = 100 ZE = 12 AW 1 AW = 5 Minuten Werkstattfaktor: 12 AW/h Die Basis zur Ermittlung des Leistungslohnes eines Gesellen ist die Zeit, die er in Form von Zeiteinheiten bzw. Arbeitswerten abrechnet. Die tatsächlich benötigte Zeit wird nicht berechnet. Der Leistungslohn errechnet sich wie folgt: Beispiele Arbeitsauftrag In einem BMW 325i ist der Drehstromgenerator auszutauschen. Kfz-Betrieb: 1 Meister, 1 Automobilkaufmann, 3 Gesellen Leistungslohn Für den Aus- und Einbau des Drehstromgenerators werden lt. ESItronic 8 AW vorgegeben. Der Stundenlohnsatz beträgt für den Gesellen 11,00 EUR, der Werkstattfaktor 12 AW/h Der Leistungslohn für den Austausch des Drehstromgenerators beträgt: 8 AW Leistungslohn = 11,00 EUR/h = 7,33 EUR 12 AW/h Summe AW Leistungslohn (EUR) = Stundenlohnsatz (EUR/h) 12 Werkstattdurchschnittslohn Die Gesellen einer Kfz-Werkstatt erhalten unterschiedliche Stundenlohnsätze. Bei der Ermittlung der Werkstattpreise wird mit dem Werkstattdurchschnittslohn gerechnet. Summe der Stundenlohnsätze Werkstattdurchschnittslohn = Anzahl der Stundenlohnsätze Werkstattdurchschnittslohn In einer Kfz-Werkstatt arbeiten 3 Gesellen mit Stundenlohnsätzen von 11,00 EUR, 11,00 EUR und 13,00 EUR, der Meister mit einem Stundenlohnsatzt von 16,00 EUR. Werkstattdurchschnittslohn = 11,00 EUR + 11,00 EUR + 13,00 EUR + 16,00 EUR 4 Werkstattdurchschnittslohn = 12,75 EUR

4 Kurbelwelle und Zubehör Beanspruchung Drehschwingungen Drehmomente Reibungskräfte Betriebsbedingungen Die Biege- und Verdrehbeanspruchung überlagern sich. Die stoßartig wirkende Kolbenkraft verdreht die Kurbelwelle. Nachdem die Kraft im Leerhub aufhört, schwingt die Kurbelwelle zurück. Hierdurch entstehen Drehschwingungen. Da diese Kolben und Massenkräfte an unterschiedlichen Hebelarmen zum Mittelpunkt der Kurbelwelle wirken, erzeugen sie Drehmomente. Diese Momente versuchen die Kurbelwelle um den Mittelpunkt zu drehen. Bei einem 4-Zylinder-Motor wirken von je zwei Kolben die Kräfte nach oben und nach unten, sodass sich die Drehmomente gegenseitig aufheben. Bei einem 6-Zylinder-V-Motor wirken die Kräfte in Richtung des V-Winkels, sodass sie sich nicht ausgleichen können. Der Motor wird in eine Taumelbewegung versetzt. Verschleiß An allen Lagerstellen der Kurbelwelle entsteht Reibung. Folgen Bei einer bestimmten Drehzahl überlagern sich die durch die Kolbenkraft verursachten Drehschwingungen mit den Eigenschwingungen der Kurbelwelle. Diese Drehzahl verursacht einen äußerst unruhigen Lauf des Motors. Im ungünstigen Fall können sich die Schwingungen so aufschaukeln, dass die Kurbelwelle bricht. Das Lagerspiel wird größer, was zu einem kapitalen Lagerschaden führen kann. Lagerschäden kündigen sich durch Klopfgeräusche an. Maßnahmen zur Verhinderung von Drehschwingungen und Taumelbewegungen des Motors Schwingungsdämpfer Ausgleichwelle Antriebsrad der Ölpumpe Umlenkrad Kurbelwelle Ausgleichswelle Der Schwingungsdämpfer dämpft die Drehschwingungen. Er ist anstelle des ersten Gegengewichtes mit vier Schrauben an die Kurbelwelle angeschraubt. Die Dämpfung erfolgt durch Kunststoffreibelemente über den gesamten Last- und Drehzahlbereich. Zum Ausgleich der durch die Massenkräfte von Kolben und Pleuelstange verursachten Drehmomente dient eine Ausgleichswelle. Sie besitzt zwei Ausgleichsgewichte, die um 180 zueinander versetzt angeordnet sind. Sie wird von der Kurbelwelle durch eine Kette angetrieben und dreht sich entgegengesetzt zur Kurbelwelle. Durch die entgegengesetzte Drehrichtung und die Ausgleichsgewichte werden die Drehmomente des Motors ausgeglichen. Eine Taumelbewegung findet im Betrieb nicht statt.

5 2.3 System Ventil 81 Steuerung mit Ventilspiel Alle Teile der Motorsteuerung dehnen sich im Betrieb durch die Temperatursteigerung aus und verändern ihre Länge. Eine weitere Längenänderung tritt durch Verschleiß auf. Diese Längenänderungen werden durch Ventilspiel oder hydraulische Spielausgleichselemente aufgefangen. Damit ist ein sicheres Schließen des Ventils bei jedem Betriebszustand gewährleistet. Damit das Ventil auch im warmen Zustand einwandfrei schließt, ist zwischen den Übertragungsteilen ein Spiel vorgesehen. Da sich auch Zylinderkopf und Zylinderblock durch Wärme ausdehnen, bewirkt die Längenänderung je nach Ventilkonstruktion eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Ventilspiels. Das Ventilspiel ist daher je nach Fabrikat und Typ unterschiedlich und wird vom Hersteller vorgeschrieben. Ventilspiel: EV 0,1 bis 0,25 mm AV 0,1 bis 0,4 mm Ventilspiel Ventilspiel zwischen Ventilschaft und Kipphebel Einstellung durch Verstellschraube am Kipphebel. Ventilspiel zwischen Nocken und Ausgleichsscheibe Einstellung durch Ausgleichsscheiben zwischen Nocken und Tassenstößel. Ventilspiel zwischen Nocken und Schwinghebel Einstellung über Ventilschraube am Auflager des Schwinghebels. Ventilspiel zu klein Ventilspiel zu groß Das Ventil öffnet früher und schließt später. Die Ventile sitzen nicht auf dem Ventilsitz auf, ein kleiner Spalt bleibt offen. Wärmeabfuhr unterbrochen, übermäßige Erwärmung des Ventiltellers, insbesondere des AV, Rissgefahr Gasverluste, Leistungsverluste Zurückschlagen der heißen Abgase durch das geöffnete Einlassventil Das Ventil öffnet spät und schließt zu früh. Die Ventile geben nicht den vollen Einlassquerschnitt frei. kürzere Öffnungszeiten, kleinere Öffnungsquerschnitte schlechte Zylinderfüllung, Leistungsverluste Ventilgeräusche erhöhter Verschleiß im Ventiltrieb Motormechanik Spielfreie Ventilsteuerung Eine spielfreie Ventilsteuerung wird durch Spielausgleichselemente ermöglicht. Sie sichern ein spielfreies Arbeiten der Steuerung unter allen Betriebsbedingungen und kompensieren auch Längenänderungen, die durch Verschleiß hervorgerufen werden. Kolben mit Bohrung Zylinder obere Ölkammer Ein häufig verwendetes Spielausgleichselement ist das hydraulische Abstützelement. Es besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder, einem Kolben und einem Kugelventil mit Druckfeder. Bei laufendem Motor fließt Öl vom Ölkreislauf des Motors über ringförmige Öl-Sammelnuten und Bohrungen in das Kolbeninnere und den Zylinder. Ölzulauf Einwege-Ventil Kolbenfeder untere Ölkammer

6 4.1 Druckumlaufschmierung Motorschmierung 4.1 Druckumlaufschmierung Motormechanik Bei der Druckumlaufschmierung saugt die Ölpumpe das in der Ölwanne befindliche Öl über eine Saugglocke an und drückt es über einen Ölkanal und den Ölkühler in den Ölfilter. Das Überdruckventil in der Ölpumpe ist ein Sicherheitsventil. Es verhindert, dass Bauteile des Motors durch zu hohen Ölkdruck beschädigt werden. Die Regulierung des Öldrucks erfolgt durch ein Öldruckregelventil innerhalb des Ölfiltergehäuses. Dieses Ventil öffnet den Zufluss zur Ölwanne, sobald der Öldruck den maximal zulässigen Druck erreicht hat. Ein Kurzschlussventil im Verschlussdeckel sorgt für eine zuverlässige Ölversorgung auch bei verstopftem Filter. Rücklaufsperren verhindern das Leerlaufen des Ölfilters bei Motorstillstand. Der Öldruckschalter signalisiert dem Fahrer über die Öldruckanzeige, ob der Öldruck aufgebaut ist (Leuchte geht aus) oder der Mindestöldruck unterschritten wird (Leuchte geht an). Vom Ölfilter gelangt das gefilterte Öl in den Hauptölkanal. Die einzelnen bewegten Teile werden entweder mit Druck- oder Spritzöl geschmiert: Drucköl Vom Hauptölkanal im Zylinderblock zweigen Bohrungen ab: Der Hauptölkanal ist über Bohrungen mit den Hauptlagern der Kurbelwelle verbunden. Bohrungen in der Kurbelwelle führen das Öl zu den Pleuellagern. Über einen senkrechten Kanal gelangt das Öl zu den hydraulischen Tassenstößeln und zum Nockenwellenlager. Durch eine in Längsrichtung der Nockenwelle angebrachte Bohrung fließt das Öl zu allen Nockenwellenlagern und von hier zurück in die Ölwanne. Durch eine Bohrung wird die Steuerkette und der Kettenspanner und der Turbolader mit Öl versorgt. Spritzöl Das aus einer Ölspritzdüse gegen den Kolbenboden geschleuderte Öl tropft ab und fließt durch eine Bohrung im Pleuelkopf zum Kolbenbolzen. Es kühlt gleichzeitig den Kolben ab. Zusätzlich werden die Zylinderlaufbahnen von dem von der Kurbelwelle abgeschleuderten Spritzöl geschmiert.

7 Drehmomentorientiertes Motormanagementsystem für Saugrohreinspritzung (ME-Motronic) Herkömmliches Motormanagement (Motronic) Drehmomentorientiertes Motormanagement (ME-Motronic) Der Fahrer legt über das Fahrpedal die Stellung der Drosselklappe und die Wahl der Getriebeübersetzung den gewünschten Betriebszustand des Motors fest. Bei einem herkömmlichen Motormanagementsystem erkennt das Motorsteuergerät aus den Informationen der Sensoren den vom Fahrer gewünschten Betriebszustand des Motors und berechnet bzw. bestimmt für die verschiedenen Betriebszustände den Zündwinkel, die Zündwinkelanpassung, die Einspritzzeit, die Einspritzfolge, die Gemischanreicherung. Das Motormanagement hat keine Möglichkeit, die Stellung der Drosselklappe zu beeinflussen, wenn z. B. im Leerlauf oder beim Zuschalten des Klimakompressors ein größeres Drehmoment, d. h. eine größere Luftmasse oder mehr Kraftstoff benötigt wird. Um das Motordrehmoment zu beeinflussen, muss das Motorsteuergerät auf Stellgrößen wie Zündung und Einspritzung zurückgreifen. In bestimmten Fällen gibt es folgende Möglichkeiten: Drosselklappensteuereinheit Schalter GRA Ein- und Ausschaltsignal Signale an das Motorsteuergerät Drehzahlsignal, Luftmassensignal, Fahrgeschwindigkeit, Bremse betätigt, Kupplung betätigt Leerlaufdrehsteller Drosselklappe Rückmeldung Stellung Drosselklappe Betätigung des Stellmotors Motorsteuergerät Drosselklappensteuereinheit Zur Überwindung der größeren Reibungswiderstände bei kaltem Motor im Leerlauf wird die Drosselklappe soweit geöffnet, dass der Motor mehr Luft erhält. Da die Mehrluft vom Luftmassenmesser gemessen und bei der Kraftstoffzuteilung berücksichtigt wird, erhält der Motor mehr Gemisch. Das Signal des Schalters für die Geschwindigkeitsregelanlage und Drehzahl-, Luftmassen-, Fahrgeschwindigkeitssignale werden an das Motorsteuergerät gemeldet, das die Drosselklappensteuereinheit ansteuert. Die Drosselklappe wird dann je nach eingestellter Fahrgeschwindigkeit geöffnet. Zur Leerlaufstabilisierung bei kaltem Motor wird bei Einspritzsystemen mit Leerlaufsteller parallel zur Drosselklappe eine Umgehungsleitung angeordnet. Auch hier wird aufgrund der Mehrluft das Gemisch angereichert. Bei einem drehmomentorientierten Motormanagementsystem wird die Drosselklappe über den gesamten Verstellbereich durch einen Elektromotor verstellt. Hierzu wird die Gaspedalstellung des Fahrers von Sensoren erfasst und an das Motorsteuergerät gemeldet. Dieses setzt den Fahrerwunsch in einen Drosselklappenwinkel um. Dabei werden zusätzliche Drehmomentanforderungen berücksichtigt.

8 Drehmomentorientiertes Motormanagementsystem für Saugrohreinspritzung (ME-Motronic) Heißfilm-Luftmassenmesser Prinzipbild Schaltbild G70 Luftmassenmesser Erkennen der angesaugten Luftmasse Auf dem Sensorelement befinden sich zwei Temperatursensoren V1 und V2 und ein Heizelement. Das Trägermaterial besteht aus Glas, da es ein schlechter Wärmeleiter ist. Die Luft über der Glasmembran wird durch das Heizelement erwärmt. Erkennen der rückströmenden Luftmasse V1 V2 V1 V2 Beim Ansaugen strömt Luft von V1 in Richtung V2 über das Sensorelement. Die Luft kühlt den Sensor V1 ab. Über dem Heizelement wird die Luft erwärmt, so dass V2 nicht so stark abgekühlt wird wie V1. Die Temperatur von V1 ist also niedriger als die Temperatur von V2. Aufgrund des Temperaturunterschieds erkennt die elektronische Schaltung dass Luft angesaugt wird. Strömt die Luft in entgegengesetzter Richtung, wird V2 stärker abgekühlt als V1. Die Temperatur von V2 ist also niedriger als die Temperatur von V1. Die elektrische Schaltung erkennt, dass es sich um eine rückströmende Luft handelt. Sie zieht die rückströmende Luftmasse von der angesaugten Luftmasse ab und meldet das Ergebnis an das Motorsteuergerät. Ausfall des Luftmassenmessers: Bei Ausfall wird die Luftmasse über ein Kennfeld (Drosselklappenwinkel und Motordrehzahl) berechnet. Störungsdiagnose Ausfallursache Beschädigung der Messelemente durch Schwingungen Korrosion an den Anschlüssen Drift der Messelemente Ausfall macht sich bemerkbar durch Motorstillstand Aufleuchten der Kontrolllampe Steuergerät arbeitet im Notlaufprogramm Diagnose Steckeranschluss auf korrekten Sitz und Kontakt prüfen Auf Beschädigung prüfen Spannungsversorgung vom Steuergerät prüfen (7,5 bis 14 V) Ausgangsspannung prüfen (ca. 5 V) Verbindungsleitung zwischen Steuergerät und Luftmassenmesser auf Durchgang prüfen Elektronische Prüfung durch das Steuergerät, Auslesen des Fehlerspeichers

9 Drehmomentorientiertes Motormanagementsystem für Saugrohreinspritzung (ME-Motronic) Zwei-Sonden-Regelung Aufgrund der verschärften Abgasbestimmungen wird zusätzlich zur Lambda-Sonde vor dem Katalysator eine zweite Lambda-Sonde nach dem Katalysator eingebaut. Die erste Lambda-Sonde liefert das Signal für die Gemischaufbereitung. Die zweite Sonde überlagert die Regelung der ersten Sonde und überwacht die Funktion des Katalysators und des Lambda-Regelkreises. Die Breitband-Lambda-Sonde wird als Vor-Kat-Sonde eingesetzt, die Planar-Lambda-Sonde als Nach-Kat-Sonde verwendet. Vom Motorsteuergerät werden die beiden Sondenspannungen verglichen. Weicht die Größe vom Sollwert ab, wird das als Fehlfunktion des Katalysators erkannt und als Fehler gespeichert. Breitband-Lamba-Sonde Planar-Lamba-Sonde Klopfregelung Ungünstige Betriebsbedingungen können zur klopfenden oder klingelnden Verbrennung führen. Klopfen entsteht, wenn sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch neben der durch den Zündfunken ausgelösten Verbrennung selbst entzündet und die beiden Flammenfronten aufeinander treffen. Die Klopfneigung wird begünstigt durch Kraftstoff mit niedriger Oktanzahl, durch ein hohes Verdichtungsverhältnis, Ablagerungen im Brennraum, bei Volllast und bei mangelnder Kühlung. Hierdurch wird der Motor schnell heiß, die Motorleistung geringer, der Kraftstoffverbrauch höher. Die Nachteile der klopfenden Verbrennung lassen sich durch eine Klopfregelung vermeiden. Zur Klopferkennung sind am Motorblock Klopfsensoren befestigt: ein Klopfsensor zwischen dem zweiten und dritten Zylinder oder zwei Klopfsensoren zwischen zwei Zylindergruppen. Eingangssignale sind Signal der Klopfsensoren, Signal der Hallgeber, Motortemperatur. Die durch das Klopfen bedingten Schwingungen werden im Klopfsensor in elektrische Spannungssignale umgewandelt und dem Motormanagement übermittelt. Dort wird die Klopferkennung für jeden Zylinder ausgewertet. Klopfende Verbrennungen führen am betreffenden Zylinder zu einer Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät. Tritt kein Klopfen mehr auf, erfolgt eine stufenweise Verstellung des Zündzeitpunktes nach früh bis zum Zündwinkel des gespeicherten Kennfeldes. Die zylinderselektive Zuordnung der Klopfsignale geschieht mit Hilfe des Hallgebers. Die Klopfregelung für jeden Zylinder wird als zylinderselektive Klopfregelung bezeichnet. Sie ermöglicht, dass jeder einzelne Zylinder, unabhängig von Kraftstoffqualität, Verdichtung, Motoralterung, während seiner gesamten Nutzungsdauer in nahezu allen Betriebsbereichen an seiner Klopfgrenze betrieben werden kann. Die sich für die einzelnen Zylinder ergebenden unterschiedlichen Klopfgrenzen bzw. neuen Zündzeitpunkte und die vom Betriebspunkt abhängigen Spätverstellungen werden im Zündkennfeld des RAM gespeichert und damit den veränderten Bedingungen des Motors angepasst (adaptive Klopfregelung).

10 1.4 Prüfen und Messen Systematische Fehlerdiagnose am Beispiel VW Lupo, 1,0, AUC-Motor Ablaufschema der Fehlerdiagnose Beispiel: Motorkontrolllampe leuchtet auf Fehlerspeicherabfrage Fehlerprotokoll ausdrucken Fehlerspeicher löschen Fehler reproduzieren Sensor Nochmalige Fehlerspeicherabfrage Aktor i. O. Messwerteblock i. O. Stellgliedtest n. i. n. i. Sensor prüfen n. i. Aktor prüfen n. i. i. O. i. O. Kabelverbindung prüfen Kabelverbindung prüfen i. O. n. i. O. i. O. n. i. O. Steuergerät erneuern rep./erneuern Steuergerät erneuern rep./erneuern Fehlerspeicher löschen Probefahrt Motormanagementsysteme Fehler wieder aufgetreten Fehlerspeicherabfrage Kein Fehler gespeichert Nochmaliger Ablauf der Diagnose Fahrzeugübergabe an Kunden Systematische Fehlerbehebung am Beispiel VW Lupo 1,0, AUC-Motor, siehe CD-ROM Zusatzmaterialien

11 1.4 Prüfen und Messen 167 Prüfen von Sensoren und Aktoren Gaspedalwertgeber G185 Schaltbild/Funktion Prüfungen Ergebnis/Signalbild Spannungsmesung: Spannungsversorgung am Sensor (Pedalwertgeber 1) Kl. 2 gegen Kl. 3 (Pedalwertgeber 2) Kl. 1 gegen Kl. 5 Spannungsversorgung am SG (Pedalwertgeber 1) Pin 8 gegen Pin 7 (Pedalwertgeber 2) Pin 6 gegen Pin 19 min. 4,5 V min. 4,5 V min. 4,5 V min. 4,5 V Der Pedalwertgeber nimmt die Gaspedalstellung als Spannungswert auf und sendet ihn als Fahrerwunsch an das Steuergerät. Oszilloskopmessung: Messung am Sensor (Pedalwertgeber 1) Kl. 4 gegen Kl. 3 Messung am SG (Pedalwertgeber 1) Pin 33 gegen Pin 7 Messung am Sensor (Pedalwertgeber 2) Kl. 6 gegen Kl. 5 Messung am SG (Pedalwertgeber 2) Pin 45 gegen Pin 19 Klopfsensor G61 Schaltbild/Funktion Prüfungen Ergebnis/Signalbild Oszilloskopmessung: Messung am Sensor Kl. 1 gegen Kl. 2 Messung am SG Pin 77 gegen Pin 63 Motor laufen lassen! Hier handelt es sich ausschließlich um die Funktionsfähigkeit des Sensors. Es existieren keine vergleichbaren Sollwerte. Motormanagementsysteme Erkennen einer klopfenden Verbrennung im Motor

12 Motormanagement eines Dieselmotors mit Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe Kraftstoffversorgung Das Kraftstoffsystem der Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe besteht aus einem Niederdruck- und Hochdruckteil. Flügelzellenpumpe Verteilerkörper Verteilerwelle Hochdruckpumpe Drehwinkelsensor Einspritzpumpensteuergerät Magnetventil für Mengenregelung Antriebswelle Nockenring Spritzversteller Ventil für Einspritzbeginn Niederdruckteil Eine Vorförderpumpe befördert den Kraftstoff in ein Staugehäuse des Kraftstoffbehälters. Damit ist gewährleistet, dass von der Radialkolben-Verteilerpumpe immer blasenfreier Kraftstoff angesaugt wird. Die Flügelzellenpumpe (1) saugt den Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter und fördert ihn zur Radialkolben- Hochdruckpumpe. Der Kraftstofffilter reinigt den Kraftstoff von Verunreinigungen bevor er zur Verteilereinspritzpumpe gelangt. Damit werden Schäden an den Funktionsteilen der Verteilereinspritzpumpe vermieden. Das Druckregelventil regelt den Förderdruck der Flügelzellenpumpe. Wird er zu hoch, öffnet das Ventil und Kraftstoff fließt zur Flügelzellenpumpe zurück. Über ein Überströmventil (nicht dargestellt) fließt Kraftstoff beim Erreichen eines voreingestellten Öffnungsdruckes vom Überlauf des Verteilerkörpers zum Kraftstoffbehälter zurück. Hiermit wird eine Kühlung und die selbsttätige Entlüftung Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe erreicht. Hochdruckteil Im Hochdruckteil findet das Verdichten des Kraftstoffs auf bis bar, das Verteilen des Kraftstoffs auf die einzelnen Zylinder statt. Das Magnetventil für Mengenregelung wird vom Pumpensteuergerät angesteuert. Magnetventil ist geöffnet: Die Flügelzellenpumpe saugt den Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter an und baut einen Druck auf. Durch den Druck wird der Kraftstoff in den Verdichtungsraum des Hochdruckteils gedrückt. Das Magnetventil ist geschlossen: Die Drehbewegung der Antriebswelle wird auf den Nockenring der Hochdruckpumpe übertragen. Die Innennockenbahn hat Nockenerhebungen, die in ihrer Anzahl auf die Zylinderzahl des Motors abgestimmt sind. Die Nocken drücken die Kolben nach innen. Der Kraftstoff wird zwischen den beiden Kolben verdichtet und zur Einspritzdüse gedrückt.

13 2.3 Motormanagement eines Dieselmotors mit Common-Rail Gemischbildung Die Einspritzmenge wird bestimmt durch: die Ansteuerdauer des Magnetventils, die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Nadel, den Nadelhub, den hydraulischen Durchfluss der Düse, den Raildruck. Bei einer längeren Bestromung des Magnetventils heben sich der Ventilsteuerkolben und die Düsennadel bis zum Anschlag des Steuerkolbens. Durch die vollgeöffnete Düse wird Kraftstoff mit nahezu Raildruck eingespritzt. Um kleine Kraftstoffmengen einzuspritzen, wird das Magnetventil nur kurz bestromt, d. h. getaktet. Die Düsennadel wird nicht vollständig geöffnet. Mit der Voreinspritzung werden eine Verringerung des Verbrennungsgeräusches, der Abgasemissionen und des Verbrauches erreicht. Durch die Vorverbrennung besteht im Brennraum ein bestimmter Druck und eine bestimmte Temperatur. In die Vorverbrennung wird die Haupteinspritzmenge eingespritzt. Hierdurch werden der Zündverzug für die Haupteinspritzung verkürzt, die Verbrennungsgeräusche reduziert. eine optimale Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs eingeleitet. Der Druckverlauf mit Voreinspritzung ist flacher Abgasturbolader mit verstellbaren Leitschaufeln Abgasturbolader mit verstellbaren Leitschaufeln (VGT- Lader = Variable-Turbinen-Geometrie) sind bei Dieselmotoren Stand der Technik. Anstelle des Bypassventils arbeitet der VGT-Lader mit verstellbaren Leitschaufeln in der Abgasturbine, durch die der Abgasstrom auf das Turbinenrad beeinflusst wird. Die Verstellschaufeln werden mit Hilfe einer Unterdruckdose betätigt. Der VGT-Lader ermöglicht im Gegensatz zum Abgasturbolader mit Wastgate nicht nur im oberen Drehzahlbereich die notwendige Verdichtung, sondern über den gesamten Drehzahlbereich. Motormanagementsysteme

14 Abgasrelevante Systeme und ihre Diagnoseverfahren 3.2 Abgasrelevante Systeme und ihre Diagnoseverfahren Comprehensive Components Monitoring (Leitungsgebundene Fehler) Dieses Diagnoseverfahren überwacht im Rahmen der EOBD alle abgasrelevanten Sensoren, Aktoren und Endstufen auf ihre Funktion. Diese Bauteile werden nach folgenden Kriterien geprüft: Überprüfung der Ein- und Ausgangssignale auf Plausibilität, Kurzschluss nach Masse, Kurzschluss nach Plus, Leitungsunterbrechung Lambda-Regelkreis Luftmasse und Motordrehzahl sind Basis für das Einspritzsignal. Aus dem Signal der Vor-Kat-Sonde (Breitband-Sonde) errechnet das Motorsteuergerät den zusätzlichen Korrekturfaktor für die Einspritzzeit. Durch den ständigen Datenaustausch von Luftmassenmesser, Drehzahlgeber und Vor-Kat-Sonde, Lambda-Kennfeld für die verschiedenen Motorbetriebszustände wird die Einspritzzeit so geregelt, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ = 1 erreicht wird. Durch Alterung und Vergiftung kann eine Verschiebung der Spannungskurve der Vor-Kat-Sonde hervorgerufen werden. Mithilfe eines zweiten Regelkreises wird die Verschiebung der Spannungskurve in einem bestimmten Bereich (Adaption) korrigiert, wodurch eine langzeitstabile Gemischzusammensetzung gewährleistet wird. Der Katalysator baut die Schadstoffe bis zu 90 % ab, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den geschlossenen Regelkreis ständig innerhalb des Lambda-Fensters gehalten wird. Die Nach-Kat-Sonde überprüft den Konvertierungsgrad (Maß für die Reinigung) des Katalysators. G28 G39 G70 G130 U G39 U G130 U V Geber Motordrehzahl Lambda-Sonde vor Katalysator Luftmassenmesser Lambda-Sonde nach Katalysator Sondenspannung Lambda-Sonde vor Katalysator Sondenspannung Lambda-Sonde nach Katalysatoren Steuerspannung Einspritzventile Vor-Kat-Sonde Die Vor-Kat-Sonde ist eine Breitband-Lambda-Sonde, die eine nahezu lineare Steigerung der Stromstärke aufweist. Hierdurch ist eine Messung des Lambdawertes über einen größeren Messbereich möglich. Der Lambdawert wird aus einer Stromstärkenänderung ermittelt. Nach-Kat-Sonde Für die Nach-Kat-Sonde wird eine so genannte Sprung- Lambda-Sonde verwendet. Die Sonde stellt entweder ein fettes oder mageres Gemisch fest, was zu einer sprunghaften Spannungskurve führt, die für die Überwachungsfunktion der Nach-Kat-Sonde ausreicht. Der Lambdawert wird aus einer Spannungsänderung ermittelt.

15 4.1 Einspritzbeginnregelung Euro-On-Board-Diagnose für Dieselmotoren Seit dem erhalten neue Fahrzeugmodelle mit Dieselmotoren nur dann eine Typprüfung, wenn sie eine EOBD besitzen. Ab 2004 müssen alle Pkw-Serienfahrzeuge mit Dieselmotor mit einer EOBD ausgerüstet sein. Die EOBD-Funktion muss ein Autoleben lang halten. Die EU IV, die ab 2005 in Kraft tritt und die eine weitere Verringerung der Emissionsgrenzwerte vorsieht, schreibt weiterhin vor, dass die EOBD bis zu einer Fahrleistung von km einwandfrei funktionieren muss. Der EOBD-Prüfungsumfang für Dieselmotoren zeigt die folgende Aufzählung (Ausschnitt): Prüfungsumfang der EOBD für Dieselmotoren Diagnoseverfahren Comprehensive Components Monitoring Einspritzbeginn-Regelabweichung BIP-Regelung Abgasrückführung Glühsystem CAN-Datenbus Ladedruckregelung Partikelfilterüberwachung Lambda-Sonden-Heizungsregelung TDI-Motor mit VP 44 PDS Sensor-Plausibilisierungen Geber für Motordrehzahl Geber für Kühlmitteltemperatur Geber für Ladedruck Heißfilm-Luftmassenmesser Geber für Kraftstofftemperatur Geber für Nadelhub Lambda-Sonde Geschwindigkeitssignal TDI-Motor mit VP 44 PDS VP = Radialkolben-Einspritzpumpe, PDS = Pumpe-Düse-System 4.1 Einspritzbeginnregelung Einspritzbeginnregelung bei der Radialkolben- Verteilereinspritzpumpe Die Spritzbeginnregelung sorgt für den richtigen Zeitpunkt der Kraftstoffförderung. Das Motorsteuergerät berechnet aus den Signalen von Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur, Nadelhub und berechneter Kraftstoffmasse den richtigen Zeitpunkt des Spritzbeginns und gibt entsprechende Impulse über das Pumpensteuergerät (oder direkt) an das Ventil für den Einspritzbeginn. Das Motorsteuergerät überprüft über das Signal des Gebers für Nadelhub den Einspritzbeginn. Weicht er vom Sollwert ab, wird der Einspritzbeginn vom Motorsteuergerät korrigiert. EOBD-Diagnoseverfahren Einspritzbeginn- Regelabweichung Der Einspritzbeginn beeinflusst z. B. das Startverhalten, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen. Die Einspritzbeginn-Regelabweichung ist in Ordnung, wenn der gemessene Wert innerhalb des Sollbereiches bleibt. 1 Steuergerät für Dieseldirekteinspritzanlage 2 Geber für Motordrehzahl 3 Geberrad 4 Geber für Kühlmitteltemperatur 5 Geber für Nadelhub 6 Ventil für Einspritzbeginn 7 berechnete Einspritzmenge Die Einspritzbeginn-Regelabweichung ist nicht in Ordnung, wenn der gemessene Wert einen bestimmten Zeitraum außerhalb des Sollbereiches liegt. Abgassysteme

16 Readiness-Code 5.2 Readiness-Code Im Rahmen der EOBD werden alle abgasrelevanten Bauteile ständig durch Diagnosen auf ihre korrekte Funktion überprüft. Zusätzlich werden aber auch gesamte Systeme, z.b. das Sekundärluftsystem durch Diagnoseverfahren geprüft, die nicht durchgängig aktiv sind. Damit eine Kontrolle besteht, ob diese Überprüfungen auch wirklich durchgeführt wurden, wird der Readiness-Code gesetzt. Der Readiness-Code gibt nur an, ob eine Diagnose beendet wurde (Setzung = 0) oder noch nicht durchgeführt bzw. unterbrochen wurde (Setzung = 1), zeigt aber nicht an, ob ein Fehler im System vorliegt. Der Readiness-Code kontinuierlich überwachte Systeme wird erzeugt, wenn alle Diagnosen durchlaufen wurden. Es gibt zwei Möglichkeiten den Readiness-Code auszulesen: mit einem beliebigen OBD-Datensichtgerät (Generic- Scan-Tool), mit einem entsprechend ausgestatteten Tester. Der Readiness-Code besteht aus einem 12stelligen Binärcode. Jede Stelle des Codes entspricht einer Überwachungsfunktion. sporadisch überwachte Systeme Baugruppe unbenutzt übrige Komponenten Kraftstoffsystem Aussetzererkennung Abgasrückführung Lambda-Sonden-Heizung Lambda-Sonde Klimaanlage Sekundärluftsystem Tankentlüftungssystem Katalysator-Heizung Katalysator Readiness- Code Bit nicht geprüft geprüft oder nicht verbaut Ist die Überwachungsfunktion auf 1 gesetzt, bedeutet das, dass die Überwachung nicht durchgeführt wurde. Bei einer 0 ist die Überwachung abgearbeitet oder das System ist im Fahrzeug nicht verbaut. Der Readiness-Code wird erzeugt, wenn alle Diagnosen fehlerfrei durchlaufen sind und die Abgas-Warnleuchte nicht leuchtet, alle Diagnosen durchlaufen und erkannte Fehler im Fehlerspeicher abgelegt sind und durch das Leuchten der Abgas-Warnleuchte angezeigt werden. Beispiel eines Readiness-Codes: Der Binär-Code wird von rechts nach links gelesen. Es bedeuten: 1 Katalysator noch nicht geprüft 0 Katalysatorheizung geprüft oder nicht vorhanden 1 Tankentlüftungssystem noch nicht geprüft 0 Sekundärluftsystem geprüft oder nicht vorhanden 0 Klimaanlage geprüft oder nicht vorhanden 1 Lambda-Sonde noch nicht geprüft 1 Lambda-Sondenheizung noch nicht geprüft 0 Abgasrückführung geprüft oder nicht vorhanden 1 Aussetzererkennung noch nicht geprüft 1 Kraftstoffsystem noch nicht geprüft 1 übrige Komponenten noch nicht geprüft 0 unbenutzt Das Beispiel einer Anzeige eines Datensichtgerätes zeigt die Ergebnisse der Abfragen von OBD-Systemen. Test nicht komplett Funktionsprüfung OBD Prüfbereitschaft unterstützt: gesetzt: Nicht alle Systemtests durchgeführt 1 = Teilsystem verbaut 0 = Teilsystem nicht verbaut oder Prüfung nicht unterstützt 1 = Prüfung nicht erfolgt 0 = Prüfung erfolgt oder Prüfung nicht unterstützt Test komplett Funktionsprüfung OBD Prüfbereitschaft unterstützt: gesetzt: Alle Systemtests durchgeführt