Kraftfahrzeugmechatronik Pkw

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1 Wilfried Staudt Kraftfahrzeugmechatronik Pkw Grund- und Fachwissen für Ausbildung und Beruf 2. Auflage Bestellnummer 04850

2 Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Produkt? Dann senden Sie eine an Autoren und Verlag freuen sich auf Ihre Rückmeldung. Bildungsverlag EINS GmbH Sieglarer Straße 2, Troisdorf ISBN Copyright 2011: Bildungsverlag EINS GmbH, Troisdorf Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

3 Inhaltsverzeichnis Quellenverzeichnis Das Autohaus und seine Organisation Aufbauorganisation des Autohauses Geschäftsprozesse im Autohaus Geschäftsprozess Wartung und Instandsetzung Ersatzteile Kundenorientierung Kundenwünsche Kundenbindung Die Verantwortung des Kfz-Mechatronikers im Geschäftsprozess Einstellung und Verhalten Kommunikation mit Kunden und Mitarbeitern Kundenberatung Kontaktaufnahme Beratung Abschlussgespräch Kundenreklamation Arbeitsqualität Arbeitstechniken Teamarbeit Teamarbeit im Kfz-Betrieb und in der Berufsschule Teambildung Teamkonflikte Problemlösungsmethoden Präsentation der Ergebnisse Informationsbeschaffung Betrieblicher Umweltschutz, Arbeitsschutz Gesetzliche Vorgaben für den Kfz-Betrieb Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz Gefahrstoffverordnung Verordnung über brennbare Flüssigkeiten Gesetz und Verordnung zum Schutz des Wassers Arbeitssicherheit Unfallverhütungsvorschriften (UVV) Arbeitssicherheit Gesundheitsschutz Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) Systemtechnik Das Kraftfahrzeug als technisches System Systemtechnische Grundlagen Systeme zur Energieumsetzung Systeme zur Stoffumsetzung Systeme zum Informationsumsatz Werkstofftechnik Beanspruchung von Funktionselementen im Kraftfahrzeug Mechanische Beanspruchung Chemische Beanspruchung Thermische Beanspruchung Wiederverwendbarkeit von Funktionselementen Werkstoffe im Kraftfahrzeug Verfügbarkeit von Rohstoffen Korrosionsschutz Korrosionsschutz der Karosserie Unterbodenschutz Hohlraumversiegelung Korrosionsschutz an Funktionselementen 68 7 Fertigungstechnik Verbindungstechniken im Kraftfahrzeug Kraftschlüssige Verbindungen Formschlüssige Verbindungen Werkstoffbearbeitung von Hand Spanende Werkstoffbearbeitung Zerteilende Werkstoffbearbeitung Bohren, Senken, Gewindeschneiden Bohrvorgang Bohrer Senken Säulenbohrmaschine Handbohrmaschine Umfangsgeschwindigkeit, Drehzahl, Schnittgeschwindigkeit Bohrarbeiten Gewindeherstellung Biegeumformen Biegevorgang Biegen von Profilen, Blechen und Rohren Teilereinigung Unfallverhütung beim Umgang mit Werkzeugen Prüf- und Messtechnik Maßsysteme Maßabweichungen, Maßtoleranz Prüfen, Messen, Lehren Verfahren der Längenprüftechnik Maßverkörperungen

4 Inhaltsverzeichnis 8.6 Anzeigende Messgeräte Messschieber und Bügelmessschraube Winkelmesser Messuhren Elektrotechnik Zusammenhänge im elektrischen Stromkreis Einfacher Stromkreis Elektrische Grundgrößen Ohmsches Gesetz Elektrische Leistung, elektrische Arbeit Elektrische Bauelemente, Grundschaltungen Sicherungen, Leitungen Widerstände Schalter Relais Elektronische Bauelemente, Grundschaltungen Halbleiterbauelemente Diode Optoelektronische Bauelemente Transistor, Grundschaltungen Halbleiterwiderstände Kondensator Schaltpläne Schaltzeichen Gerätekennzeichnungen Klemmenbezeichnungen Gleichstromkreislauf im Kfz Schaltplanarten Lesen von Schaltplänen Messen von Spannung, Strom, Widerstand und Signalen Prüfen und Messen mit dem Vielfachmessgerät (Multimeter) Messen mit dem Oszilloskop Prüflampe, LED-Prüflampe Fahrzeugdiagnose-, Mess- und Informationssystem Prüf- und Messgeräte Prüfbox Prüfung am Steuergeräte-Mehrfachstecker Gefahren des elektrischen Stroms Maßnahmen der Unfallverhütung Elektrische Geräte und Anlagen in der Kfz-Werkstatt Vorschriften zur Prüfung elektrischer/ elektronischer Systeme im Kfz Steuerungs- und Regelungstechnik Steuern und Regeln Steuerkette, Regelkreis Steuerungsarten, Signalformen Signalfluss Eingabeglied Signalverarbeitungsglieder Zähler Signalausgabe EVA-Prinzip Motormanagementsystem Systemübersicht Funktionsgruppen der elektronischen Steuerung Regelungssysteme Hydraulische und pneumatische Steuerungen Grundaufbau der Steuerungen Energieträger Druck Grundaufbau hydraulischer und pneumatischer Steuerungen Geräte zur Energieumformung Wartung und Druckmessung Schaltpläne Hydraulische und pneumatische Systeme im Kfz Verknüpfungssteuerungen Motormechanik Funktionsgruppen und Funktionselemente des Motors Aufbau und Kenndaten eines Motors Zylindernummerierung, Zünd- und Arbeitstaktfolgen Verdichtungsverhältnis Hubverhältnis Kolbengeschwindigkeit Druck Drehmoment Motorleistung, Wirkungsgrad Hubraumleistung Kennlinien und Diagramme des Motors Motorgehäuse und Zubehör Zylinderkopf Zylinderkopfdichtung Zylinderkurbelgehäuse Kolben und Zubehör Pleuelstange Kurbelwelle und Zubehör Motorlagerung Prüfen, Messen und Fehlerdiagnose Ventilsteuerung Zahnriementrieb Kettenantrieb Nockenwelle System Ventil Steuerdiagramm Ventilsteuerzeiten Variable Ventilsteuerung Prüfen, Messen und Fehlerdiagnose

5 Inhaltsverzeichnis 12 Motorkühlung Pumpenumlaufkühlung Aufgabe der Kühlung Prinzip der Pumpenumlaufkühlung Funktionsgruppen Zweikreis-Kühlsystem Elektronisch geregeltes Kühlsystem Systemübersicht Kennfeldgesteuerter Thermostat Funktionsplan Kühlmittel Prüfen und Messen Bestimmen der Anteile Kühlerschutzmittel/Wasser Motorschmierung Druckumlaufschmierung Funktionsgruppen und Funktionselemente Ölpumpen Ölfilter Ölfilterschaltung Öldruckanzeige Wartungsintervall-Verlängerung Motoröl Einteilung der Motorenöle Ölverschlechterung Prüfen, Messen und Fehlerdiagnose Energieversorgungs- und Startsysteme Das 14-Volt-Bordnetz Leistungsbedarf der Stromverbraucher im Kraftfahrzeug Starterbatterie Elektrochemische Grundlagen Aufbau der Starterbatterie Funktion der Starterbatterie Kenngrößen Kennzeichnung Batteriearten Sicherheitsklemme Schaltungen Antriebsbatterien Laden der Batterie Störungen der Batterie Prüfen der Batterie Arbeitssicherheit beim Umgang mit Starterbatterien Drehstromgenerator Generatorprinzip Aufbau des Drehstromgenerators Erzeugen des Ladestromes Schaltungen und Stromkreise Reglerausführungen Überspannungsschutz/Entstörmaßnahmen Generatorbauarten Antrieb des Generators Generatorkennzeichnung Prüfen und Messen Starter Motorprinzip, Gleichstrommotor Schub-Schraubtrieb-Starter mit permanenterregtem Motor Schub-Schraubtrieb-Starter mit Gleichstrom-Reihenschlussmotor Prüfen und Messen Neue Bordnetze Alternative Energiespeicher Alternative Antriebe Zwei-Batterien-Bordnetz Zwei-Spannungs-Bordnetz Alternative Antriebe Hybrid-Antriebe Brennstoffzelle Motormanagementsysteme Ottomotor-Management Grundlagen Ottomotor Einspritzsysteme Gemischbildung Ottokraftstoffe Entwicklung der Einspritzsysteme Drehmomentorientiertes Motormanagementsystem für Saugrohreinspritzung (ME-Motronic) Aufbau und Funktion Luftmanagement Einspritzmanagement Zündsysteme/Zündmanagement Abgasmanagement Geschwindigkeits-Regelanlage (GRA) Elektronische Steuerung und Regelung Drehmomentorientiertes Motormanagementsystem für Benzindirekteinspritzung (MED-Motronic) Systemübersicht Luftmanagement Einspritzmanagement Abgasmanagement Elektronische Steuerung und Regelung Dieselmotor-Management Grundlagen Dieselmotor Einspritzsysteme Gemischbildung Dieselkraftstoff Betriebsbedingungen Motormanagement eines Dieselmotors mit Common-Rail Aufbau und Systemübersicht Luftmanagement Einspritzmanagement Startmanagement Abgasmanagement für Dieselmotoren Elektronische Steuerung und Regelung

6 Inhaltsverzeichnis Motormanagement eines Dieselmotors mit Pumpe-Düse-Einheit Aufbau Einspritzmanagement Elektronische Steuerung und Regelung Motormanagement eines Dieselmotors mit Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe Aufbau Einspritzmanagement Elektronische Steuerung und Regelung Prüfen und Messen Systematische Fehlerdiagnose Eigendiagnose Möglichkeiten der Eigendiagnose Grenzen der Eigendiagnose Fahrzeugdiagnose-, Mess- und Informationssystem Abgassysteme Ein- und Ausgangskomponenten bei der Verbrennung Einfluss der Schadstoffe Maßnahmen zur Abgasminderung Überprüfung der Abgasemissionen (Typprüfung) Normen und Verordnungen zu den Abgasemissionen Europäische Normen On-Board-Diagnose in Europa (EOBD) Euro-On-Board-Diagnose für Ottomotoren Prüfungsumfang Abgasrelevante Systeme und ihre Diagnoseverfahren Euro-On-Board-Diagnose für Dieselmotoren Einspritzbeginnregelung Abgasrückführung Ladedruckregelung Glühsystem Abgasnachbehandlung Diagnose-Rechner Fehlerspeicher Aufbau und Funktion Readiness-Code Fehlercodes Umgebungsdaten (Freeze-Frame-Daten) OBD-Datensichtgeräte (Generic-Scan-Tool) Abgasanlage Aufbau Schalldämpfung Kraftübertragungssysteme Antriebsarten Kraftübertragung durch Kupplungen Einscheiben-Trockenkupplung Kupplungsscheiben Kupplungsbetätigungen Übersetzung der Fußkraft Lamellenkupplung Magnetpulverkupplung Zweimassenschwungrad Kraftübertragung durch Getriebe Anpassung Motorfahrbetrieb durch Getriebe Systeme zur Drehmomentwandlung Ausgeführte Getriebe Handschaltgetriebe Analyse eines Sechs-Gang-Schaltgetriebes Automatisierte Schaltgetriebe Direkt-Schaltgetriebe Automatikgetriebe mit hydraulischer... Steuerung Fünf-Gang-Automatikgetriebe mit elektrohydraulischer Steuerung Stufenloses Getriebe (CVT) Achsgetriebe mit Ausgleichgetriebe Kraftübertragung durch Gelenkwellen und Achswellen Systemübersicht Gelenkwellen Angetriebene Achswellen Funktionselemente von Gleichlaufgelenkwellen Einsatz der Gleichlaufgelenke Doppelgelenkwelle Allradantriebe Zuschaltbare und permanente Allradantriebe Torsen-Differenzial Automatisch schaltender Vierradantrieb (4MATIC) Allradantrieb mit Haldex-Kupplung Fahrwerkssysteme Grundlagen Fahrwerk Kräfte am Fahrzeug Aufhängen der Räder Stellung der Räder Grundlagen Federung Schwingungsdämpfung Ausgeführte Fahrzeugachsen McPherson-Federbein-Vorderachse Vierlenker-Hinterachse Vierlenker-Vorderachse Trapezlenker-Hinterachse Lenkung Achsschenkellenkung Hilfskraftlenkungen (Servolenkungen) Elektromechanische Lenkung (Servoelectric)

7 Inhaltsverzeichnis Elektronische Hilfskraftlenkung (Servotronic) Reifen und Räder Kräfte am Reifen Schräglaufwinkel Aquaplaning Aufbau und Abmessungen der Reifen und Räder Notlaufsysteme Lagerung der Vorder- und Hinterräder Berechnungen zur Bereifung Reifenkontrollsystem Reifenkontrolle Luftfederung/Niveauregelung Ausgeführte Luftfederung mit elektronisch gesteuerten Dämpfern Systemkomponenten Systemübersicht der nicht vernetzten Bauteile Sensoren Aktoren Regelkonzept Entkoppelbare Stabilisatoren Systemkomponenten Steuerung Fahrwerksänderungen Maßnahmen Einzelmaßnahmen Änderungen am Fahrwerk und der Betriebserlaubnis Bremssysteme Grundlagen Bremsen Gesetzliche Bestimmungen Bremsvorgang Kräfte beim Bremsen Aufbau der ungeregelten hydraulischen Bremsanlage Tandem-Hauptzylinder Unterdruck-Bremskraftverstärker Bremskraftverteilung/Bremskraftregelung Radbremsen Bremskreisaufteilung Geregelte hydraulsiche Bremsanlage Anti-Blockier-System ABS Bremsflüssigkeit Anti-Blockier-System ABS und Antriebsschlupfregelung ASR/Elektronische Differenzialsperre EDS Systemkomponenten ASR-Konzepte ASR mit Motoreingriff ASR mit Bremseneingriff/Elektronische Differenzialsperre EDS Elektronisches Stabilitätsprogramm ESP/Fahrdynamikregelung FDR Fahrverhalten Systemkomponenten ESP-Regelkreis Hydraulische Systemkomponenten Funktion Elektronik Warnleuchten Vergleich der ESP-Systeme Bosch ITT Automotive Betriebsassistent BA Hydraulischer Bremsassistent Mechanischer Bremsassistent Elektrohydraulische Bremse EHB/SBC Systemkomponenten Funktion Elektromechanische Parkbremse Systemkomponenten Funktion Prüfen und Messen Störungsdiagnose Diagnose und Wartung der hydraulischen Bremsanlage Bremsenprüfung Schwingungsdämpferprüfung Achsvermessung Auswuchten Vernetzte Systeme Grundinformationen Vernetzung von Steuergeräten Datenbussysteme/Funksystem CAN-Datenbus Grundsystem Funktionseinheiten Datenverarbeitung Ablauf der Datenübertragung Signalverlauf auf den CAN-Bus- Leitungen Vernetzung der Systeme über das Gateway Sleep- und Wake-up-Modus LIN-Datenbus (Local Interconnect Network) Grundsystem Funktionseinheiten Datenübertragung Diagnose Fehlertabelle nach ISO Überprüfen mit dem Diagnosetester Überprüfen mit dem Multimeter Signalüberprüfung mit dem Oszilloskop Reparatur der Datenleitungen MOST-Datenbussystem (Media Oriented Systems Transportation)

8 Inhaltsverzeichnis Grundsystem Funktionseinheiten Datenübertragung von Ton und Video Ringbruchdiagnose Reparatur und Verlegung von Lichtwellenleitern Vernetzung im Golf V Ausgeführte vernetzte Systeme Komfortsysteme Heizungs- und Klimaanlage Sitzverstellung (Memoryfunktion) Komfortsystem einschließlich Fahrzeugsicherheitssystem Fahrerassistenzsysteme Einparkhilfe Automatische Distanzregelung (ADR) Insassensicherheitssysteme Sicherheit im Fahrzeug Airbag Sensoren Gasgeneratoren Gurtstraffer Gurtkraftbegrenzer Auslösevorgänge Systemübersicht Insassenschutz Sonderfunktionen im Crashfall Arbeits- und Gesundheitsschutz Entsorgung Fahrzeug-Sicherheitssysteme Zentralverriegelung Diebstahlwarnanlage (DWA) Wegfahrsperre Infotainmentsysteme Systemübersicht Navigationssystem im Fahrzeug Mobiltelefon im Fahrzeug Beleuchtungssysteme Konventionelle Fahrzeugbeleuchtung Scheinwerfer Lampen Außenlichtsteuerung Glühlampenüberwachung Rückleuchten mit Leuchtdioden (LED) Leuchtweitenregelung Scheinwerfersysteme mit Gasentladungslampe Lichtfunktionen und Scheinwerfersysteme Scheinwerferreinigungsanlage Scheinwerfereinstellung Signalsysteme Warnblinken, Richtungsblinken Bremslichtsteuerung Wischersteuerung Gesetzliche Untersuchungen Hauptuntersuchung Fristen Untersuchungskriterien Fahrzeugteile in einer amtlich genehmigten Bauart Prüfung gemäß 29 StVZO Abgasuntersuchung AU Durchführung der AU Arbeits- und Gesundheitsschutz Betriebwirtschaftliche Kalkulation Sachwortverzeichnis

9 7 Fertigungstechnik Verhalten der Schraubverbindung beim Anziehen Die Widerstandskraft der Werkstoffe gegen die Beanspruchung durch äußere Kräfte bildet ihre mechanischen Eigenschaften: die Festigkeit, Elastizität, Plastizität, Zähigkeit, Sprödigkeit. Beim Anziehen der Zylinderkopfschrauben ist das Verhalten der Werkstoffe zu berücksichtigen, um Schaden zu vermeiden. Festigkeit Der Zylinderkopf wird durch Zylinderkopfschrauben am Zylinderkurbelgehäuse befestigt. Beim Anziehen der Zylinderkopfschraube entsteht eine in Achsrichtung wirkende äußere Kraft, die den Schraubenschaft auf Zug beansprucht. Der Zusammenhalt der kleinsten Werkstoffteilchen der Atome und Moleküle erfolgt durch innere Kräfte, den Zusammenhangskräften, auch Kohäsionskräfte genannt. Sie verhindern die Trennung der Werkstoffteilchen. Damit die Zylinderkopfschraube nicht abreißt, müssen die äußeren Kräfte und die Kohäsionskräfte im Gleichgewicht sein. Steigen die äußeren Kräfte über die Kohäsionskräfte, werden die Werkstoffteilchen getrennt, die Schraube reißt ab. Den inneren Widerstand des Werkstoffs gegen Verformungen oder Zerstörungen durch äußere Kräfte bezeichnet man als Festigkeit. Die äußeren Kräfte rufen im Schraubenwerkstoff gleich große, entgegengesetzt wirkende innere Kräfte hervor, die sich als Widerstand gegen die Verformung bemerkbar machen. Die inneren Kräfte im Werkstoff bezeichnet man als Spannung. Die Spannung wird mit dem Formelzeichen σ (sprich Sigma) gekennzeichnet. Ein Maß für die im Schraubenwerkstoff herrschende Spannung ist der Kraftanteil, der auf die Flächeneinheit des Querschnitts (1 mm 2, 1 cm 2 ) wirkt. Es gilt: Kraft F Spannung = = Querschnitt S Elastizität, Plastizität, Zähigkeit Beim Anziehen der Mutter ruft die in Achsrichtung wirkende Kraft eine Verlängerung des Schraubenschaftes hervor. Nach dem Lösen der Schraube nimmt sie ihre ursprüngliche Länge wieder an. Diese Eigenschaft nennt man Elastizität. Die Elastizität ist bei den Zylinderkopfschrauben von besonderer Bedeutung. Eine elastisch gedehnte Schraube hat das Bestreben, auf ihre Ursprungslänge zurückzugehen. Da die Schraube durch den Zylinderkopf daran gehindert wird, übt sie eine Spannkraft auf die zu verbindenden Teile Zylinder/Zylinderkopf aus. Die Verbindung ist dann gasdicht, wenn die Vorspannkraft größer ist als die ihr entgegenwirkenden Betriebskräfte (Verbrennungsdruck). Ist die Spannkraft geringer, hebt die Verbindung ab und ist undicht. Wird das Anziehen der Schraube über eine bestimmte Grenze fortgesetzt man nennt sie Dehngrenze beginnt sich die Schraube bleibend zu dehnen. Beim Lösen der Schraubverbindung nimmt die Schraube nicht mehr ihre Ursprungslänge an. Sie hat sich plastisch verformt. Das Vermögen des Werkstoffs, sich zu verformen, ohne sofort zu Bruch zu gehen, bezeichnet man als Zähigkeit. 76

10 Elektrische Bauelemente, Grundschaltungen 9.2 Leitungen Kennfarben Beleuchtung Leitung Masseleitung Kabel Kl. 15 Kabel Kl. 30 Batterie Plus Lichthauptschalter Lichthauptschalter Abblendschalter Abblendschalter Fernlicht Lichthauptschalter Abblendlicht Stand-, Schlusslicht li Stand-, Schlusslicht re Grund-/Kennfarbe br sw oder sw/streifen rot oder rot/streifen rt ws/sw ws ge gr/sw gr/rt Prüfen und Messen Leitungen können beschädigt bzw. unterbrochen werden durch scharfkantige Karosserieteile, Korrosion, lockere oder korrodierte Steckverbindungen. Bei Störungen von Bauelementen ist daher zu überprüfen, ob die Stromzufuhr durch die Leitungen ge- Fortsetzung währleistet ist. Dies erfolgt durch eine Durchgangsprüfung mit der Prüflampe oder eine Messung des Leitungswiderstandes mit einem Multimeter. Bei zu hohem Leitungswiderstand steht dem Verbraucher nicht genügend Spannung zur Verfügung und es kommt zu Fehlfunktionen. Der Spannungsfall einer Leitung darf daher nicht zu groß sein. Reparatur von Leitungen Abgeschirmte Leitungen zu Sensoren (z. B. Drehzahlgeber) dürfen nicht repariert werden. Dies gilt auch für Leitungen zum Airbagsystem. Reparaturleitungen werden durch gelbes Isolierband gekennzeichnet. Abisolieren Quetschverbinder mit Zange Isolierung mit Heißluftgebläse zusammendrücken Spannungsverlust/Spannungsfall Die elektrische Energie der Spannungsquelle, der Batterie, wird den Verbrauchern wie Lampen, Starter usw. durch elektrische Leitungen zugeführt. Durch den Leitungswiderstand R L, dem Übergangswiderstand R Ü an Sicherungen, Schaltern und Steckkontakten geht ein Teil der elektrischen Energie verloren. Der Übergangswiderstand an Schaltern und Steckkontakten wird z. B. durch Oxidation der Kontakte hervorgerufen. Die dem Verbraucher zur Verfügung stehende Spannung U V ist daher um eine Teilspannung geringer als die Batteriespannung U B. Den Unterschied zwischen der Spannung der Spannungsquelle und der Verbraucherspannung bezeichnet man als Spannungsfall. Der Spannungsfall darf einen bestimmten Wert nicht übersteigen, damit dem Verbraucher genügend Spannung zur Verfügung steht und seine Funktionsfähigkeit gewährleistet ist. Der zulässige Spannungsfall ist daher für Kraftfahrzeuge in der Norm DIN festgelegt. 105

11 Elektrische Bauelemente, Grundschaltungen Reihen-, Parallel- und gemischte Schaltung von elektrischen Bauelementen Reihenschaltung Die Gesamtspannung ist gleich der Summe der Teilspannungen. U = U 1 + U 2 + U Der Gesamtwiderstand ist gleich der Summe der Teilwiderstände. R ges = R 1 + R 2 + R In einer Reihenschaltung gelten folgende Gesetzmäßigkeiten: Durch alle Widerstände fließt der gleiche Strom. I = I 1 = I 2 = I 3 =... Bei einer Reihenschaltung wird bei Ausfall eines Verbrauchers der gesamte Stromfluss unterbrochen. Anwendungen im Kfz: mehrstufiges Kühl- und Heizungsgebläse, Vorwiderstände zur Strombegrenzung, Spannungsaufteilung. Beispiel: Gegeben: Gesucht: a) Gesamtwiderstand b) Stromstärke c) Teilspannungen a) Gesamtwiderstand: R ges = R 1 + R 2 + R 3 = 5 Ω + 10 Ω + 20 Ω R ges = 35 Ω b) Stromstärke: U 12 V I = = R ges 35 Ω I = 0,343 A = I 1 = I 2 = I 3 c) Teilspannung: U 1 = R 1 I = 5 Ω 0,343 A U 1 = 1,715 V U 2 = R 2 I = 10 Ω 0,343 A U 2 = 3,43 V U 3 = R 3 I = 20 Ω 0,343 A U 3 = 6,86 V Parallelschaltung Der Gesamtwiderstand ist gleich der Summe der Kehrwerte der Teilwiderstände = R ges R 1 R 2 R 3 Der Gesamtwiderstand (Ersatzwiderstand) ist immer kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. In einer Parallelschaltung gelten folgende Gesetzmäßigkeiten: Der Gesamtstrom ist gleich der Summe der Teilströme. I = I 1 + I 2 + I An allen Widerständen liegt die gleiche Spannung. U = U 1 = U 2 = U 3 =... Bei einer Parallelschaltung hat der Ausfall eines Verbrauchers keinen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der anderen Verbraucher. Anwendung im Kfz: Glühlampen der Beleuchtung, Drähte der heizbaren Heckscheibe, Glühstiftkerzen in Dieselmotoren. 109

12 Pumpenumlaufkühlung Thermostat als Kurzschlussregler Der Kühlwasserthermostat besteht aus dem Dehnstoffelement und einem Doppelventil. Das Dehnstoffelement setzt sich aus einer mit Wachs gefüllten Metalldose und einem Doppelventil zusammen. In die Wachsfüllung ist eine Gummimembran mit einem Arbeitskolben eingebettet. t 80 C t 80 C Bei der Erwärmung über 80 C schmilzt die Wachsfüllung. Durch die Volumenzunahme des Wachses verschiebt sich die Metalldose auf dem Arbeitskolben. Der Thermostat öffnet den Kühlerkreislauf und schließt gleichzeitig den Kurzschlusskreislauf. Bei Temperaturabnahme unter 80 C erstarrt die Wachsfüllung. Eine Rückstellfeder drückt die Metalldose in die Ausgangsstellung zurück. Der Thermostat schließt den Zufluss zum Kühler. Das Kühlwasser fließt über die Kurzschlussleitung direkt zum Motor zurück. Ausgleichsbehälter Hohe Kühlmitteltemperatur Hohe Kühlmitteltemperatur führt zu einem Druckanstieg im Kühlsystem, da sich die Kühlmittelflüssigkeit ausdehnt. Kühlmittel wird in den Behälter gepresst. Der Druck im Behälter steigt an. Das Überdruckventil im Verschlussdeckel öffnet und lässt Luft entweichen. Normalisierung der Kühlmitteltemperatur Bei Normalisierung der Kühlmitteltemperatur entsteht ein Unterdruck im Kühlsystem. Kühlmittel wird aus dem Behälter abgesaugt. Hierdurch entsteht im Behälter ebenfalls ein Unterdruck. Als Folge öffnet das Unterdruckausgleichs-Ventil im Verschlussdeckel des Behälters. Luft strömt in den Behälter, bis Druckausgleich erreicht ist Temperaturanzeige, Warnleuchte, Kühlmittelstand Die Kühlmitteltemperatur wird durch Temperaturanzeigegeräte überwacht. Die Temperatur des Kühlmittels wird mit einem NTC-Widerstand gemessen und an ein Temperaturanzeigegerät weitergegeben. Der Kühlmittelstand wird von einem Widerstandsgeber ermittelt. Hier wird der Widerstand zwischen zwei Metallstiften gemessen. Bei normalem Kühlmittelstand liegen die Metallstifte voll im Kühlmittel. Der elektrische Widerstand zwischen den Spitzen ist gering. Wenn der Kühlmittelstand sinkt, steigt der Widerstand zwischen den Stiften. Die Elektronik des Schalttafeleinsatzes schaltet die Warnlampe an. Stifte 227

13 Starter Starter Motorprinzip, Gleichstrommotor 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 (Kommutator) sorgt dafür, dass die Stromrichtung nach 180 Drehung umgekehrt wird. Auf diese Weise wirkt die Kraft auf beide Schenkel immer in der gleichen Umfangsrichtung, sodass sich eine fortlaufende Drehung einstellt. 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. Reihenschlussmotor Nebenschlussmotor Doppelschlussmotor Permanentfeldmotor Erreger- und Ankerwicklung sind in Reihe geschaltet großes Anzugsmoment Drehzahl stark belastungsabhängig Starter Erregerund Ankerwicklung sind parallel geschaltet. Drehzahl nicht belastungsabhängig geringes Anzugsmoment Lüfter, Pumpenmotor Das Erregerfeld wird von einer Reihenschluss- und einer Nebelschlusswicklung geliefert. großes Anzugsmoment Drehzahl fällt unter Belastung nur wenig ab Starter, zweistufige Scheibenwischer Das Erregerfeld wird von einem Dauermagneten geliefert. gutes Anzugsmoment geringe Drehzahlschwankungen bei Belastung Lüfter, Scheibenwischer, Fensterhebe-, Gebläsemotoren 279

14 Ottomotor-Management 15.1 Lambda-Sonde Prinzipbild Schaltbild Planar Lambda-Sonde G130 Lambda-Sonde Ausfall der Lambda-Sonde Bei Ausfall der Lambda-Sonde (Vor-Kat-Sonde) erfolgt keine Lambda-Regelung. Es wird ein Notlauf über eine Kennfeldsteuerung benutzt. Bei Ausfall der Nach-Kat-Sonde erfolgt weiterhin die Lambda-Regelung durch die Breitband-Lambda-Sonde. Die Funktion des Katalysators kann nicht überprüft werden. 4. Arbeitsweise der Lambda-Regelungen Zwei-Punkt-Lambda-Regelung Das Motorsteuergerät bestimmt aus den Eingangssignalen Motorlast, Signal des Motordrehzahlgebers, Kühlmitteltemperatur die Einspritzzeit. Aus dem Signal der Lambda- Sonde errechnet das Steuergerät für die Lambda-Regelung den zusätzlichen Korrekturfaktor zur Einspritzzeit (vergrößern/verkleinern). Im Steuergerät ist weiterhin das Lambda-Kennfeld gespeichert, in dem die verschiedenen Betriebszustände des Motors festgeschrieben sind. Bei der Zwei-Punkt-Regelung wird das Lambda- Sonden-Signal in ein Zweipunktsignal umgewandelt: Die Sonde stellt ein fettes Gemisch fest (Sondensignal ca. 0,8 V): Das Gemisch wird abgemagert. Die Sonde stellt ein mageres Gemisch fest (Sondensignal 0,1 V): Das Gemisch wird angereichert. Die Regelung wird durch ständiges Pendeln um den Bereich λ = 1 erreicht, was einer Sondenspannung von 0,45 V entspricht. Voraussetzung für eine Lambdaregelung ist: Sondentemperatur größer als 300 C, Motortemperatur größer als 50 C, Motor im Leerlauf- und Teillastbereich. 325

15 Dieselmotor-Management Vor- und Haupteinspritzung Wesentlich für den Verbrennungsablauf eines Dieselmotors ist ein geringer Zündverzug. Wird während dieser Zeit eine große Kraftstoffmenge eingespritzt, führt dies zu einem schlagartigen Druckanstieg mit lauten Verbrennungsgeräuschen, ansteigenden Schadstoffemissionen und hohem Kraftstoffverbrauch. Um dies zu vermeiden, spritzt man den Kraftstoff mit unterschiedlichem Druck ein. Nadelhub Voreinspritzung Vor Beginn der Haupteinspritzung wird eine kleine Kraftstoffmenge mit geringem Druck eingespritzt. Durch die Verbrennung der kleinen Kraftstoffmenge steigen Druck und Temperatur im Brennraum an und bereiten damit die Einspritzung und schnelle Zündung der Haupteinspritzmenge vor. Der Zündverzug wird verringert. Zwischen Vor- und Haupteinspritzung ist eine kurze Pause, die bewirkt, dass die Drücke im Brennraum nicht schlagartig sondern flach ansteigen. Haupteinspritzung Die Haupteinspritzung muss für eine gute Gemischbildung sorgen, damit der Kraftstoff möglichst vollständig verbrennt. Eine vollständige Verbrennung führt zu geringen Schadstoffemissionen und einer guten Leistungsausbeute. Dies wird durch den hohen Druck erreicht. Der Kraftstoff wird sehr fein zerstäubt, sodass er sich gut mit der Luft vermischt. Zum Ende der Einspritzung muss der Einspritzdruck schnell abfallen und die Einspritznadel schließen, damit kein Kraftstoff bei geringem Druck und geringer Zerstäubung in den Brennraum gelangt. Er würde nur noch unvollständig verbrennen und zu höheren Schadstoffemissionen führen. Um kleine Kraftstoffmengen einzuspritzen, wird das Magnetventil nur kurz bestromt, d. h. getaktet. Die Düsennadel wird nicht vollständig geöffnet, die Voreinspritzung erfolgt. Bei einer längeren Bestromung des Magnetventils heben sich der Ventilsteuerkolben und die Düsennadel bis zum Anschlag des Steuerkolbens. Durch die vollgeöffnete Düse wird Haupteinspritzmenge eingespritzt. 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. Nach der Voreinspritzung 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. 357

16 Dieselmotor-Management 15.2 Sensorsignale für Kraftstofftemperatur und Drehwinkel und verwertet sie für die Anpassung des Einspritzzeitpunktes. Der Datenaustausch zwischen Motor- und Pumpensteuergerät erfolgt über das Bussystem CAN. Bei der neuen Generation von Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen sind Motor- und Pumpensteuergerät integriert. Systemübersicht G70 G28 G80 Motorsteuergerät J248 Relais für Glühkerzen J52 Q6 K29 N18 G79 F8 F60 G62 N75 N144, N145 G71 F36 F und F47 G8 Leitung für Diagnose und Wegfahrsperre J317 J17 G210 Einspritzpumpensteuergerät J399 Mengensteller N146 Ventil für Einspritzbeginn N108 Zusatzsignale Zusatzsignale Sensoren Aktoren Luftmassenmesser G70 Geber für Motordrehzahl G28 Geber für Nadelhub G80 Geber für Gaspedalstellung G79 Kick-Down-Schalter F8 Leerlaufschalter F60 Geber für Kühlmitteltemperatur G62 Geber für Saugrohrdruck G71 Kupplungspedalschalter F36 Bremslichtschalter F und Bremspedalschalter F47 Geber für Öltemperatur G8 Geber für Kraftstoff G210 Zusatzsignale: Kraftstoffmangelwarnung Fahrgeschwindigkeitssignal Klimakompressor-Bereitschaft Außentemperatur Schalter der Geschwindigkeitsregelanlage Zusatzheizung Generator CAN-Bus Glühkerzen Q6 Kontrolllampe für Vorglühzeit K29 Ventil für Abgasrückführung N18 Magnetventil für Ladedruckbegrenzung N75 Magnetventile für elektrohydraulische Motorlagerung N144, N145 Relais für Spannungsversorgung J317 Kraftstoffpumpenrelais J17 Zusatzsignale: Motordrehzahlsignal Kühlerlüfternachlauf Klimakompressor-Abschaltung Kraftstoffverbrauchssignal Zusatzheizung CAN-Bus 377

17 16 Abgassysteme Ruhende Hochspannungserzeugung Zündzeitpunktermittlung Um den richtigen Zündzeitpunkt zu ermitteln, werden die Signale der Klopfsensoren, das Lastsignal, die Kühlmitteltemperatur und das Drehzahlsignal vom Steuergerät verarbeitet. Aus diesen Daten passt das Motorsteuergerät den Zündzeitpunkt an den Betriebszustand des Motors an. Im Zündtrafo sind Leistungsendstufen und die Zündspulen zusammengefasst. Bei jeder Zündung werden Zündkerzen über zwei unabhängige Zündspulen angesteuert und bilden einen Zündfunken. Einer erfolgt im Arbeitstakt und einer im Ausstoßtakt. Über die Klopfsensoren lässt sich die klopfende Verbrennung zylinderselektiv feststellen und korrigieren. Kurbelmarkenscheibe Zylinderselekive Verbrennungsaussetzer-Erkennung (Laufunruheverfahren) Bei einem Verbrennungsaussetzer gelangt unverbranntes Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Abgassystem. Hierdurch kann der Katalysator durch erhöhte katalytische Verbrennung überhitzt oder beschädigt werden. Weiterhin kommt es zu einem Leistungsabfall des Motors und einer Verschlechterung der Abgasqualität. Die Aussetzererkennung beruht auf der zylinderselektiven Ermittlung der Laufunruhe des Motors. Die Schwankungen im Laufverhalten der Kurbelwelle werden über den Geber für Motordrehzahl und die Kurbelmarkenscheibe festgestellt. Durch die Einbeziehung des Hallgebers können die Zündaussetzer zylinderselektiv erkannt und angezeigt werden. Die Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelmarkenscheibe ist konstant. Treten Aussetzer auf, so kommt es zu Änderungen der Umlaufgeschwindigkeit der Kurbelmarkenscheibe. Die OBD II überprüft die Aussetzerrate in Messintervallen von Kurbelwellen-Umdrehungen (eine Aussetzerrate größer 2 % entspricht einer Überschreitung des HC-Gehaltes im Abgas um das 1,5-fache). in Messintervallen von 200 Umdrehungen der Kurbelwelle unter Berücksichtung der Motorlast und -drehzahl. 1 n n t t 2 1 Motorsteuergerät 2 Geber für Motordrehzahl n t Motordrehzahl Zeit 402

18 Ausgeführte Getriebe Hydraulische Steuerung Anpressung und Verstellung der Kegelscheiben Der Variator arbeitet mit einem Doppelkolbenprinzip. Die Scheibensätze verfügen jeweils über zwei separate Zylinder: Anpresszylinder zur Anpressung der Kegelscheiben Der Anpresszylinder hat eine größere Fläche und benötigt damit einen geringeren Öldruck zur Anpressung. Verstellzylinder für die Verstellung der Übersetzung Der Verstellzylinder hat eine kleinere Fläche und benötigt zur Verstellung eine relativ geringe Ölmenge. Durch die Federkraft der Schraubenfeder im Scheibensatz 2 wird im drucklosen Zustand der Variator in die Anfahrübersetzung (Underdrive) verstellt Getriebeelektronik In das Getriebesteuergerät sind die Sensoren integriert: Multifunktionsschalter, Geber für Getriebeeingangsdrehzahl, Geber 1 für Getriebeausgangsdrehzahl (Drehzahl), Geber 2 für Getriebeausgangsdrehzahl (Drehrichtung), Geber für Getriebeöltemperatur, Geber 1 für Hydraulikdruck (Kupplungsdruck), Geber 2 für Hydraulikdruck (Anpressdruck). Die Signale der Sensoren können durch die Integration des Steuergeräts in das Getriebe mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr gemessen werden. Eine Überprüfung kann nur mit Diagnosetestern mittels Fehler auslesen oder Auslesen der Messwertblöcke erfolgen. Bei Ausfall eines Sensors muss das Getriebesteuergerät ersetzt werden. Steuergerät für Multitronic J217 Geber 1 für Hydraulikdruck, autom. Getriebe G193 (Kupplungsdruck) Geber 2 für Hydraulikdruck, autom. Getriebe G194 Anpressdruck Steckkontakt für N88 Geber für Getriebeausgangsdrehzahl G195 und Geber 2 für Getriebeausgangsdrehzahl G196 Steckkontakt für N215 Multifunktionsschalter F125 Steckkontakt für N216 (verdeckt durch G182) Geber für Getriebeeingangsdrehzahl G

19 Ausgeführte Fahrzeugachsen Vierlenker-Vorderachse Die Darstellung zeigt eine Vierlenker-Vorderachse. Als Federung dient eine volltragende Luftfederung, d. h. als tragende Federelemente an allen Rädern sind ausschließlich Luftfedern verbaut. Verbunden ist die Luftfederung mit elektronisch gesteuerten Dämpfern. Koppelstange Stabilisator Systemkomponenten der Vierlenker-Vorderachse Achsträger/Hilfsrahmen Der Achsträger/Hilfsrahmen ist ein Schweißteil in Schalenbauweise aus Edelstahl. Der Hilfsrahmen ist über vier großvolumige Gummilager an die Karosserie und den Motorträger angebunden. Die Gummilager reduzieren die Übertragung von Motor- und Achsschwingungen. Lenker Die beiden oberen Lenker sind einmal mit dem Schwenklager, zum anderen mit dem Lagerbock verbunden. Die beiden unteren Lenker Trag- und Führungslenker sind im Achskörper (Hilfsrahmen) und im Schwenklager gelagert. Der Führungslenker wird in einem Hydrolager geführt, das Schwingungen dämpft und damit den Akustik- und Abrollkomfort verbessert. Lagerbock, Feder-/Dämpfungsbein Der Lagerbock ist mit der Karosserie verschraubt und dient der Aufnahme des oberen Querlenkers und des Feder-/Dämpfereinbeins. Das Feder-/Dämpferbein ist eine Kombination von Luftfeder und elektronischer Dämpfungsregelung. 515

20 19 Bremssysteme Mechanischer Bremsassistent Der mechanische Bremskraftverstärker EVA (Emergency Valve Assist) eignet sich ebenfalls für Fahrzeuge mit ABS. Für die Integration in die Bremsanlage sind keine zusätzlichen Sensoren und keine zusätzliche Elektronik erforderlich. Der Unterdruck-Bremskraftverstärker erhält zusätzlich eine mechanische Schaltgruppe, die bei einem schnellen Betätigen des Bremspedals die Bremsassistentenfunktion auslöst. Die mechanische Schaltgruppe besteht aus drei Baugruppen: Druckstange, Ventilkolben, Kugelhülse, Übersetzungsscheibe Sperrhülse, mechanischer Anschlag Kugelkäfig, Kugeln, Steuergehäuse Bremskraftverstärker-Gehäuse Sperrhülse mit Feder mechan. Anschlag Außenluftventil Kolbenstange zum Tandemhauptbremszylinder Kugelhülse Übersetzerscheibe Kugelkäfig mit Kugeln Reaktionsscheibe Steuergehäuse Druckstange mit Ventilkolben Bremspedal langsam betätigt Die Bremsassistentenfunktion wird nicht ausgelöst. Der Fahrer spürt beim Bremsen den vollen Gegendruck aus dem Bremssystem. Um stärker zu bremsen, muss der Fahrer die Gegenkraft überwinden. Bremspedal sehr schnell betätigt Die Bremsassistentenfunktion wird ausgelöst. Die Baugruppen werden verriegelt. Hierdurch wird ein Teil der Gegenkraft auf das Gehäuse abgeleitet. Um stärker zu bremsen, muss der Fahrer nur eine geringe Kraft aufbringen. 598

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