Diagnose in elektronischen Kfz-Systemen 3. Sensorseite 3.8 Drucksensoren

Transkript

1 1 Diagnose in elektronischen Kfz-Systemen 3. Sensorseite 3.8 Drucksensoren Einführung Druckfühler wandeln einen hydraulischen oder pneumatischen in eine elektrische Spannung um, die sie dem zugehörenden Steuergerät melden. Diese Informationsspannung kann eine Analogspannung sein, z. B. druckabhängig zwischen 0,2 V und 4,8 V, oder eine Rechteckspannung, deren Tastverhältnis oder Frequenz sich druckabhängig ändert. Schaltsymbole für verschiedene Drucksensoren Druck-Spannungs-Wandler Gm Druck-Frequenz-Wandler Umwandlung eines Drucks in eine elektrische Spannung Es gibt sehr verschiedene Möglichkeiten einen Druck in eine elektrische Spannung und dann eventuell noch in eine Frequenz umzuwandeln. Allen gemeinsam ist der Vergleich zweier Druckbereiche. Die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Druckbereichen wirkt auf das druckempfindliche Bauteil und ändert in einem Messkreis beispielsweise einen Widerstand oder eine Kapazität. Die Sensorelektronik wertet die Änderungen im Messkreis aus und stellt das Ergebnis als Analogspannung oder als Rechteckspannung zur Verfügung. Einer der beiden Druckbereiche stellt den Bezugsdruck (Referenzdruck) zur Verfügung. Referenzdruck kann das Vakuum einer Vakuumkammer sein (z. B. bei Saugrohrdruckfühlern oder bei Absolutdruckmessern) oder der Atmosphärendruck ist der Bezugsdruck. Beispiele für die Informationsspannung Die Zuordnung des gemessenen Drucks zur Informationsspannung hängt von der Höhe des maximal auftretenden Drucks und damit vom Einsatzfall ab. Einsatzfall Maximaldruck p abs U Info bei Maximaldruck Saugrohrfühler, 1 bar 4,8 V Motor ohne Turbolader Saugrohrfühler, 3 bar 4,8 V Motor mit Turbolader Kraftstoffdruckfühler 100 bar 4,8 V (Benzin-Direkteinspritzer) Kraftstoffdruckfühler (Common Rail) 1800 bar 4,8 V Bei halbem Maximaldruck beträgt die Informationsspannung etwa 2,5 V.

2 2 Schaltbeispiel für den Anschluss eines Druck-Spannungs-Wandlers A Motor-Steuergerät B Drucksensor W1 Plusversorgung des Drucksensors (+ 5 V) W2 Info-Leitung zum Motor-Steuergerät W3 Minusversorgung des Drucksensors Gm Prüfgröße Widerstandswert Ein Druckfühler ist ein kompliziertes elektronisches Gebilde. Es bietet sich keine aussagekräftige Möglichkeit an, mittels Widerstandsmessung eine Überprüfung vorzunehmen Prüfgröße Spannungswert Einführung Die Informationsspannungen, die der Druckfühler dem Steuergerät meldet, werden mit dem Multimeter bzw. einem Oszilloskop gemessen, wenn mit einem Werkstattester eine Istwertabfrage über den Fahrzeugdiagnosestecker nicht möglich ist, oder die Istwertabfrage mit dem Werkstatttester nicht die erwartete Meldung liefert. Zur Überprüfung der Sensor-Informationsspannung werden zwei Messmöglichkeiten beschrieben. I. Steuergerät angeschlossen, Prüfung mit Hilfe einer Pinbox möglich, Spannungsmessung mit Multimeter und Oszilloskop an der Pinbox. II. Spannungsmessung mit Multimeter und Oszilloskop direkt am Druckfühler Steuergerät angeschlossen, Prüfung mit Hilfe einer Pinbox möglich, Spannungsmessung mit Multimeter und Oszilloskop an der Pinbox Bei vielen Sensoren, so auch beim Druckfühler, empfiehlt es sich, bei Spannungsmessungen prinzipiell parallel zum Multimeter ein Oszilloskop anzuschließen, weil im Störungsfall häufig ein Rauschen oder Spannungsspitzen die Informationsspannung überlagern. Solche Rauschspannungen bzw. Spannungsspitzen können von einem Multimeter nicht registriert werden.

3 3 Prüfschritte 1. Zündung ausschalten. 2. Pinbox an Kabelbaum und an Steuergerät anschließen. 3. Zündung einschalten. 4. Multimetermessbereich 20 V / Gleichspannung einstellen und Oszilloskop einstellen, Messleitungen an die entsprechenden Pins an der Pinbox anschließen. 5. Überprüfung des Druckfühlers gemäß folgender Sollwerttabelle. Istwerte mit den Sollwerten vergleichen; vergleiche auch die Prüfhinweise. 6. Die Pinbox darf erst wieder entfernt werden, wenn die Istwerte den Sollwerten entsprechen. Vor dem Entfernen der Prüfbox, Zündung ausschalten. Prüfschaltung für die Messung der Info-Spannungen an der Pinbox A Motor-Steuergerät, B Druckfühler, P1 Multimeter, P2 Oszilloskop, X1 Kabelbaumstecker, Steuergerätseite, X2 Kabelbaumstecker, Sensorseite, W1 Plusversorgung des Druckfühlers, W2 Informationssignal, Analogspannung, oder Rechteckspannung als Maß für den herrschenden Druck, W3 Minusversorgung des Druckfühlers Die Anschlussnummern sind frei gewählt und von System zu System verschieden. Sollwertebeispiele für einen Saugrohrdruck-Fühler Betriebszustand Sollwert Zündung ein, Motor aus U ,8 V (bei stehendem Motor herrscht Atmosphärendruck im Saugrohr) Leerlauf U ,5 V n ca /min U ,4 V * * Im Standlauf erhöht sich der Saugrohrdruck nur während einer Drehzahlsteigerung. Sobald die Drehzahl einen festen Wert hat, nimmt der Saugrohrdruck einen ähnlichen Wert an wie bei Leerlauf, häufig liegt er bei höheren Drehzahlen unter dem Leerlaufwert.

4 4 Allgemeiner Hinweis Die Fahrzeughersteller geben im Allgemeinen nur sehr dürftig Sollwerte an. Deshalb wäre es sehr wichtig, dass Istwerte für die Informationsspannung aufgenommen werden, solange die Anlage noch einwandfrei funktioniert, z.b. im Anschluss an die erste Abgasuntersuchung, wenn das Fahrzeug drei Jahre alt ist. Der Zeitaufwand ist relativ gering. Dafür hat man dann für alle späteren Überprüfungen einwandfreie Richtwerte, die genau so zuverlässig sind wie Hersteller-Sollwerte mit einer großen Toleranzbreite. Mancher überflüssige Sensortausch könnte vermieden werden, wenn Istwerte aus intakten Zeiten vorliegen würden. Dies gilt insbesondere auch für lastoder drehzahlabhängige Kraftstoffdruckverstellungen bei Benzin-Direkteinspritzer und Common-Rail-Motoren. Hilfe für die Sollwertfestlegung durch Istwertaufnahme Für eine solche Istwertaufnahme könnte folgende Messwerttabelle dienen. Um von der konkreten Pin-Nummerierung unabhängig zu sein, wird die Spannung die der Sensor dem Steuergerät meldet, in der folgenden Tabelle U Info genannt. Fahrzeug: Motorbezeichnung: Sensorbezeichnung: Betriebszustand Zündung ein, Motor aus Leerlauf n = /min n = /min n = /min n = /min n = /min n = /min U Info [V] Istwerte der intakten Anlage (künftige Sollwerte) Istwert bei Fehlersuche

5 5 Spannungsmessung mit Multimeter und Oszilloskop direkt am Druckfühler. Prüfschritte 1. Zündung ausschalten. 2. Multimetermessbereich 20 V / Gleichspannung einstellen. Messleitungen an die entsprechenden Pins am Druckfühler anschließen. 3. Zündung wieder einschalten 4. Multimetermessbereich 20 V / Gleichspannung einstellen und Oszilloskop einstellen, Messleitungen an die entsprechenden Pins Sensor anschließen. Sollwerte und hinweise wie im vorigen Teil I. Prüfschaltung für die Messung der Info-Spannung am Druckfühler Die Anschlussnummern sind frei gewählt und von System zu System verschieden. Spezielle Hinweise Es ist sinnvoll, die Verbindungsleitungen zwischen Druckfühler und Steuergerät vor der Ausgangsspannung des Druckfühlers prüfen. Wenn bei der Überprüfung des Druckfühlers die Istwerte nicht den Sollwerten entsprechen, muss der Druckfühler ersetzt werden.

6 Fehlererkennung durch das Steuergerät Erkennbare Falschwerte Steuergeräte können eingehende Spannungswerte als falsch erkennen, wenn die im Steuergerät ankommende Spannungshöhe in einer intakten Anlage nicht vorkommt. Erkennbare Falschwerte können auftreten bei Unterbrechung oder Kurzschluss im Mess-Stromkreis. Liefert der Druckfühler eine Rechteckspannung als Informationsspannung, so kann durch einen Fehler in der Sensorelektronik das Takten bzw. die Frequenz ausbleiben. Diesen Zustand gibt es in der intakten Anlage nicht. Er wird deshalb als Fehlerzustand erkannt. Nicht erkennbare Falschwerte Liefert der Druckfühler eine Analogspannung als Info-Spannung, dann kann durch Korrosion und/oder Feuchtigkeit die Spannung der Sensorstromversorgung unter 5 V absinken. In diesem Fall würde der Drucksensor reduzierte Spannungswerte liefern, die zwar falsch sind, aber nicht außerhalb der üblichen Spannungswerte liegen würden. Solche Fehler, oder falsche Spannungswerte aufgrund einer fehlerhaften Sensorelektronik könnte das Steuergerät nicht als Falschwerte erkennen. Liefert der Sensor anstelle einer Analogspannung eine Rechteckspannung, dann gibt es keine korrosions- oder feuchtigkeitsbedingten Falschwerte, weil sich bei einem Spannungsfall in der Sensorstromversorgung die Frequenz nicht ändert. Allenfalls ein defekter Sensor könnte falsche Frequenzen liefern. Defektes Steuergerät Am schwierigsten lässt sich der Fehler lokalisieren, wenn das Steuergerät falsch arbeitet. Es besitzt zwar einen Selbst-Check, aber wenn Korrosion bzw. Feuchtigkeit oder Bauteildefekte im Steuergerät auftreten, dann muss ein Steuergerätaustausch (auf Verdacht) vorgenommen werden.