Grundlegende Sensoren in einem modernen Fahrzeug verstehen

Jul 24, 2023

Kunle Shonaike

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Kunle Shonaike

Computer können nur das tun, wofür sie programmiert sind. Wenn sie Müll reinbekommen, werfen sie den Müll raus. In einem Motorsteuerungscomputer für Kraftfahrzeuge (Powertrain Control Module oder PCM genannt; was in „Naija Motor Speak“ umgangssprachlich „Brainbox“ genannt wird) stammen die Eingabedaten nicht von einer Tastatur, sondern von elektronischen Signalen verschiedener Sensoren. Sie wirken wie die Augen und Ohren des Motors und helfen ihm, die Fahrbedingungen optimal zu nutzen. Folglich kann das PCM dies nicht tun, wenn die empfangene Eingabe fehlerhaft ist oder fehlt. Das Motorsteuerungssystem geht nicht in den „geschlossenen Regelkreis“, wenn das PCM kein gutes Signal vom Kühlmittelsensor oder Sauerstoffsensor empfängt. Es kann das Kraftstoffgemisch auch nicht richtig ausgleichen, wenn es keine guten Signale vom Drosselklappensensor, MAP-Sensor oder Luftstromsensor erhält. Der Motor startet möglicherweise nicht einmal, wenn das PCM kein Signal oder ein schlechtes Signal vom Kurbelwellen-Positionssensor erhält. Sensoren überwachen alle wichtigen Funktionen, die zur Steuerung des Zündzeitpunkts, der Kraftstoffzufuhr, der Emissionskontrolle, des Getriebeschaltens, der Geschwindigkeitsregelung, der Reduzierung des Motordrehmoments (wenn das Fahrzeug über Antiblockierbremsen mit Traktionskontrolle verfügt) und die Ladeleistung der Lichtmaschine erforderlich sind. Bei den meisten neueren Fahrzeugmodellen steuert das PCM auch den Gashebel. Es gibt keine mechanische Verbindung oder kein Kabel (wie es in Automobilen vor dieser Ära der Mechatronik der Fall war) zwischen dem Gas- oder Gaspedal und dem Gashebel (allgemein als „Drosselklappengehäuse“ bezeichnet). Für den reibungslosen Betrieb des Gesamtsystems sind zuverlässige Sensoreingänge ein absolutes Muss. Im Folgenden sind einige Arten von Sensoren in einem modernen Fahrzeug aufgeführt.

Kühlmittelsensor: Der Kühlmittelsensor wird normalerweise am Zylinderkopf oder Ansaugkrümmer angebracht und dient zur Überwachung der Temperatur des Motorkühlmittels. Sein Widerstand ändert sich proportional zur Kühlmitteltemperatur. Der Eingang vom Kühlmittelsensor teilt dem Computer mit, wann der Motor warm ist, sodass das PCM in die Kraftstoffregelung mit geschlossenem Regelkreis wechseln und andere Emissionsfunktionen (EGR, Kanisterspülung usw.) übernehmen kann, die möglicherweise temperaturabhängig sind.

Strategien für Kühlmittelsensoren: Der Kühlmittelsensor ist ein ziemlich zuverlässiger Sensor, aber wenn er ausfällt, kann er verhindern, dass das Motorsteuerungssystem in den geschlossenen Regelkreis wechselt. Dies führt zu einem fetten Kraftstoffgemisch, übermäßigem Kraftstoffverbrauch und erhöhten Kohlenmonoxid (CO)-Emissionen; die Umwelt verschmutzen – was dazu führen kann, dass das Fahrzeug eine Abgasprüfung nicht besteht.

Ein defekter Sensor lässt sich diagnostizieren, indem man seinen Widerstand misst und auf Veränderungen beim Aufwärmen des Motors achtet. Keine Veränderung oder ein offener oder geschlossener Messwert deutet auf einen defekten Sensor hin.

Sauerstoffsensor (O2): Der Sauerstoffsensor (oder „O2-Sensor“, wie er im Volksmund genannt wird) wird seit 1981 sowohl bei Motoren mit Vergaser als auch bei Motoren mit Kraftstoffeinspritzung eingesetzt und ist der Schlüsselsensor im Rückkopplungsregelkreis des Kraftstoffgemisches. Der im Abgaskrümmer montierte O2-Sensor überwacht die Menge an unverbranntem Sauerstoff im Abgas. Bei vielen V6- und V8-Motoren gibt es zwei solcher Sensoren (einen für jede Zylinderbank).

Der O2-Sensor erzeugt ein Spannungssignal, das proportional zur Menge an unverbranntem Sauerstoff im Abgas ist. Wenn das Kraftstoffgemisch fett ist (z. B. wenn Ihr Fahrzeug Kraftstoff entsorgt und verschwendet), wird der größte Teil des Sauerstoffs bei der Verbrennung verbraucht, sodass nur wenig unverbrannter Sauerstoff im Abgas vorhanden ist. Der Unterschied im Sauerstoffgehalt zwischen dem Abgas im Krümmer und der Luft außerhalb erzeugt ein elektrisches Potenzial an der Platin- und Zirkoniumspitze des Sensors. Dadurch erzeugt der Sensor ein Spannungssignal. Die Ausgabe des Sensors ist hoch (bis zu 0,9 V), wenn das Kraftstoffgemisch fett ist (geringer Sauerstoffgehalt), und niedrig (bis zu 0,1 V), wenn das Gemisch mager ist (hoher Sauerstoffgehalt). Die Sensorausgabe wird vom Computer überwacht und dazu verwendet, das Kraftstoffgemisch für niedrigste Emissionen neu auszubalancieren. Wenn der Sensor „mager“ anzeigt, erhöht das PCM die Einschaltzeit der Einspritzdüsen, um das Kraftstoffgemisch fetter zu machen. Wenn der Sensor dagegen „fett“ anzeigt, verkürzt das PCM die Einschaltzeit der Einspritzdüsen, um das Kraftstoffgemisch magerer zu machen. Dies führt bei laufendem Motor zu einem schnellen Hin- und Herwechseln von Fett zu Mager und wieder zurück. Diese gleichmäßigen Wellen führen zu einem „durchschnittlichen“ Gemisch, das für eine saubere Verbrennung nahezu perfekt ausbalanciert ist. Die Schaltgeschwindigkeit ist bei älteren Rückkopplungsvergasern am langsamsten, bei Drosselklappeneinspritzsystemen schneller und bei sequenzieller Mehrkanal-Kraftstoffeinspritzung am schnellsten. Wenn der Ausgang des O2-Sensors mit einem Oszilloskop überwacht wird, erzeugt er eine Zickzacklinie, die von fett nach mager hin und her tanzt. Betrachten Sie es als eine Art Herzmonitor für das Luft-Kraftstoff-Gemisch des Motors.

O2-Sensorstrategien: Unbeheizte ein- oder zweiadrige O2-Sensoren in Anwendungen von 1976 bis Anfang der 1990er Jahre sollten alle 30.000 bis 50.000 Meilen ausgetauscht werden, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten. Beheizte Drei- und Vierleiter-O2-Sensoren bei Anwendungen von Mitte der 1980er bis Mitte der 1990er Jahre sollten alle 60.000 Meilen ausgetauscht werden. Bei mit OBD II ausgestatteten Fahrzeugen beträgt das empfohlene Austauschintervall 100.000 Meilen. Die Reaktionsfähigkeit und Spannungsausgabe des O2-Sensors können mit zunehmendem Alter und der Einwirkung bestimmter Verunreinigungen im Abgas wie Blei, Schwefel, Silikon (Kühlmittellecks) und Phosphor (Ölverbrennung) nachlassen. Wenn der Sensor verschmutzt ist, reagiert er möglicherweise nicht sehr schnell auf Änderungen im Luft-/Kraftstoffgemisch, was zu einer Verzögerung der Fähigkeit des PCMs führt, das Luft-/Kraftstoffgemisch zu steuern. Der Spannungsausgang des Sensors kann sinken, was zu einem niedrigeren Messwert als normal führt. Dies kann dazu führen, dass das PCM so reagiert, als ob das Kraftstoffgemisch magerer wäre, als es tatsächlich ist, was zu einem übermäßig fetten Kraftstoffgemisch führt. Wie häufig kommt dieses Problem vor? Eine Studie ergab, dass 70 Prozent der Fahrzeuge, die den Abgastest nicht bestanden haben, einen neuen O2-Sensor benötigten.

Saugrohr-Absolutdrucksensor (MAP): Der MAP-Sensor ist am Ansaugkrümmer montiert oder mit diesem verbunden, um den Ansaugunterdruck zu überwachen. Es ändert die Spannung oder Frequenz, wenn sich der Krümmerdruck ändert. Der Computer verwendet diese Informationen, um die Motorlast zu messen, sodass der Zündzeitpunkt je nach Bedarf vor- oder zurückgestellt werden kann. Es erfüllt im Wesentlichen die gleiche Aufgabe wie die Vakuumvorschubmembran eines altmodischen mechanischen Verteilers. Bei Motoren mit einer Kraftstoffeinspritzung vom Typ „Geschwindigkeitsdichte“ hilft der MAP-Sensor dem PCM auch bei der Schätzung des Luftstroms. Hier können Probleme auftreten, die zu einer intermittierenden Motorkontrollleuchte (Leuchte leuchtet beim Beschleunigen oder wenn der Motor unter Last steht), Verzögerungen beim Beschleunigen, erhöhten Emissionen und schlechter Motorleistung führen können. Der Motor läuft mit einem defekten MAP-Sensor, aber er läuft schlecht. Einige PCMs können ein fehlendes oder außerhalb des Bereichs liegendes MAP-Signal durch „geschätzte Daten“ ersetzen, die Motorleistung wird jedoch drastisch reduziert.

MAP-Sensorstrategien: Einige Probleme mit dem MAP-Sensor sind nicht auf den Sensor selbst zurückzuführen. Wenn der Unterdruckschlauch, der den MAP-Sensor mit dem Ansaugkrümmer verbindet, locker, undicht oder verstopft ist, kann der Sensor kein genaues Signal erzeugen. Wenn im Motor selbst ein Problem vorliegt, das dazu führt, dass das Ansaugvakuum niedriger als normal ist (z. B. ein Vakuumleck, ein offenstehendes AGR-Ventil oder ein undichter PCV-Schlauch), können die Messwerte des MAP-Sensors niedriger als normal sein.

Drosselklappensensor: Der Drosselklappenstellungssensor (TPS) ist an der Drosselklappenwelle des Vergasers oder am Drosselklappengehäuse montiert und ändert seinen Widerstand, wenn die Drosselklappe geöffnet und geschlossen wird. Der Computer verwendet diese Informationen, um die Motorlast, die Beschleunigung, die Verzögerung und den Zustand des Motors im Leerlauf oder bei Vollgas zu überwachen. Das Signal des Sensors wird vom PCM verwendet, um das Kraftstoffgemisch beim Beschleunigen anzureichern und den Zündzeitpunkt zu verzögern und vorzuziehen.

Strategien für den Drosselklappensensor: Viele TPS-Sensoren erfordern bei der Installation eine anfängliche Spannungsanpassung. Diese Einstellung ist für einen genauen Betrieb von entscheidender Bedeutung. Bei einigen Motoren können auch ein separater Leerlaufschalter und/oder ein Vollgasschalter (WOT) verwendet werden. Fahrverhaltenssymptome aufgrund eines schlechten TPS können denen ähneln, die durch einen defekten MAP-Sensor verursacht werden: Der Motor läuft ohne diese Eingabe, aber er läuft schlecht.

Luftmassenmesser (MAF): Der MAF-Sensor ist bei Motoren mit Kraftstoffeinspritzung mit mehreren Anschlüssen vor dem Drosselklappengehäuse montiert und überwacht das in den Motor eintretende Luftvolumen. Der Sensor verwendet entweder einen heißen Draht oder ein beheiztes Filament, um sowohl den Luftstrom als auch die Luftdichte zu messen.

MAF-Sensorstrategien: Das Sensorelement in MAF-Sensoren kann leicht verschmutzt werden, was zu Startschwierigkeiten, unruhigem Leerlauf, Verzögerungen und Abwürgeproblemen führt. Die Reinigung eines verschmutzten MAF-Sensors mit Elektronikreiniger kann häufig den normalen Sensorbetrieb wiederherstellen und die Kosten für den Austausch des Sensors (der sehr teuer ist!) einsparen.

Flügelrad-Luftstromsensor (VAF): Der VAF-Sensor verfügt über einen mechanischen Klappensensor, der bei Bosch- und anderen importierten Multiport-Motoren mit Kraftstoffeinspritzung verwendet wird. Die Funktion ist die gleiche wie bei einem Luftmassenmesser, allerdings bewegt Luft, die gegen eine federbelastete Klappe drückt, einen Rheostat, um ein elektronisches Signal zu erzeugen.

VAF-Sensorstrategien:Die Fahrverhaltenssymptome des VAF sind dieselben wie die eines Luftmassenmessers, wenn der Sensor ausfällt.

Verteilerlufttemperatursensor (MAT): Dieser am Ansaugkrümmer montierte Sensor ändert den Widerstand, um die Temperatur der einströmenden Luft zu überwachen. Der Eingang des Sensors wird verwendet, um das Kraftstoffgemisch an Änderungen der Luftdichte anzupassen.

MAT-Sensorstrategien:Probleme mit dem Krümmer-Lufttemperatursensor können sich auf das Luft-Kraftstoff-Gemisch auswirken und dazu führen, dass der Motor fett oder mager läuft.

Kurbelwellenpositionssensor: Bei Motoren mit verteilerlosen Zündsystemen dient der Kurbelwellenpositionssensor (CKP) im Wesentlichen demselben Zweck wie der Zündgeber und das Auslöserad in einem elektronischen Verteiler. Es erzeugt ein Signal, das das PCM benötigt, um die Position der Kurbelwelle und des Zylinders Nummer eins zu bestimmen. Diese Informationen sind erforderlich, um den Zündzeitpunkt und den Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüsen zu steuern. Das Signal vom Kurbelwellensensor teilt dem PCM auch mit, wie schnell der Motor läuft (Motordrehzahl), sodass der Zündzeitpunkt je nach Bedarf vor- oder zurückgestellt werden kann.

Bei einigen Motoren wird auch ein separater Nockenwellenpositionssensor verwendet, um dem PCM bei der Bestimmung der richtigen Zündreihenfolge zu helfen. Ohne den Input dieses Sensors läuft der Motor nicht. Es gibt zwei Grundtypen von Kurbelwellen-Positionssensoren: magnetische und Hall-Effekt-Sensoren. Beim magnetischen Typ wird ein Magnet verwendet, um Kerben in der Kurbelwelle oder dem harmonischen Ausgleich zu erkennen. Wenn die Kerbe darunter verläuft, bewirkt sie eine Änderung des Magnetfelds, die ein Wechselstromsignal erzeugt. Die Frequenz des Signals liefert dem PCM die Informationen, die es zur Steuerung des Timings benötigt. Der Hall-Effekt-Kurbelsensor verwendet Kerben oder Verschlusslamellen an der Kurbel, dem Nockengetriebe oder dem Balancer, um ein Magnetfeld im Fenster des Hall-Effekt-Sensors zu stören. Dadurch schaltet sich der Sensor ein und aus und erzeugt ein digitales Signal, das das PCM ausliest, um Kurbelposition und Geschwindigkeit zu bestimmen.

Strategien für Kurbelpositionssensoren: Wenn ein Kurbelpositionssensor ausfällt, stirbt der Motor ab. Es kann jedoch sein, dass der Motor noch anspringt, aber nicht anspringt. Die meisten Probleme sind auf Fehler im Sensorkabelbaum zurückzuführen. Eine Unterbrechung der Sensorversorgungsspannung (Hall-Effekt-Typen), der Erdung oder der Rückleitungskreise kann zum Verlust des wichtigen Zeitsignals führen.

Klopfsensor: Der Klopfsensor erkennt Motorvibrationen, die darauf hindeuten, dass es zu einer Detonation kommt, sodass der Computer den Zündzeitpunkt kurzzeitig verzögern kann. Einige Motoren verfügen über zwei Klopfsensoren.

Klopfsensor-Strategien:Ein Ausfall des Klopfsensors kann zum Klopfen der Zündkerze und zu einer schädigenden Detonation des Motors führen, da das PCM nicht weiß, dass es den Zündzeitpunkt verzögern muss, wenn Klopfen auftritt.

Luftdrucksensor (BARO): Der Barosensor misst den Luftdruck, sodass der Computer Änderungen der Höhe und/oder des Luftdrucks ausgleichen kann, die sich auf die Kraftstoffmischung oder das Timing auswirken würden. Einige MAP-Sensoren übernehmen diese Funktion ebenfalls.

Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (VSS):Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (VSS) überwacht die Fahrzeuggeschwindigkeit, sodass der Computer die Überbrückung, das Schalten usw. der Drehmomentwandlerkupplung regeln kann. Der Sensor kann sich am Getriebe, Differenzial, Transaxle oder Tachokopf befinden.

Strategien für Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren:Ein Problem mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor kann das Tempomatsystem deaktivieren und das Schalten des Getriebes und das Einrücken des Wandlers beeinträchtigen.

All diese Sensoren verstehen: Wenn Sie Ihre diagnostischen Hausaufgaben nicht gemacht haben und einen Sensor austauschen, weil Sie glauben, dass er defekt sein könnte, verschwenden Sie möglicherweise Geld. Der Austausch eines Sensors löst kein Fahrverhaltens- oder Emissionsproblem, wenn das Problem nicht am Sensor liegt. Häufige Erkrankungen wie verschmutzte Zündkerzen, defekte Zündkabel, eine schwache Zündspule, ein undichtes AGR-Ventil, Vakuumlecks, niedrige Kompression, verschmutzte Einspritzdüsen, niedriger Kraftstoffdruck oder sogar niedrige Ladespannung können allesamt Fahrstörungen verursachen, die möglicherweise auf ein Fahrzeug zurückzuführen sind schlechter Sensor. Wenn keine sensorspezifischen Fehlercodes vorliegen, sollten solche Möglichkeiten ausgeschlossen werden, bevor viel Zeit in die elektronische Diagnose investiert wird.

Das zusätzliche Problem bei Sensoren in Nigeria besteht darin, den richtigen zu finden, der einen defekten Sensor gut ersetzen kann, selbst wenn eine ordnungsgemäße Diagnose durchgeführt wurde. Um Ihnen dabei zu helfen, die richtigen Sensoren für Ihr Fahrzeug zu finden, rufen Sie 08023025022 oder 08073038173 an, um weitere Informationen und Hilfe zu erhalten.

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