Themen:
- Einführung
- Klassische Kühlmitteltemperaturanzeige
- NTC-Temperatursensor
- Diagnose am Temperatursensor
Einführung:
In einem Fahrzeug gibt es eine Vielzahl von Temperatursensoren:
- Kühlmitteltemperatur;
- Öltemperatur;
- Innen-/Außenluft und angesaugte Lufttemperatur (ggf. eingerechnet). Luftmassenmesser);
- Abgastemperatur;
- Batterietemperatur bei Fahrzeugen mit Hybrid- oder vollelektrischem Antrieb.
Die oben genannten Temperatursensoren versorgen das Steuergerät des jeweiligen Systems mit Informationen. Um ein Beispiel zu nennen: Das Motorsteuergerät nutzt das Signal des Kühlmitteltemperatursensors unter anderem zur Steuerung des Motors Injektion, Ontstuchen, Leerlaufregelung, AGR-Betrieb (falls zutreffend) und die Steuerung des Kühlgebläses je nach Temperatur angepasst werden. Bei niedriger Temperatur findet eine Einspritzanreicherung statt und die AGR wird gesteuert, um den Motor schneller auf Betriebstemperatur zu bringen. Bei einer höheren Temperatur schaltet das Steuergerät das Kühlerlüfterrelais ein. Die am häufigsten verwendeten Temperatursensoren sind nach dem NTC-Prinzip.
Neben Sensoren, die Informationen an das Steuergerät senden, gibt es auch Sicherheitssensoren, die ohne zusätzliche Elektronik funktionieren. Mit solchen PTC-Sensor Der ohmsche Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu. Ein Elektromotor (z. B. der Scheibenwischer- oder Fensterhebermotor) und ein Spiegelglas sind mit einem PTC-Sensor ausgestattet. In einigen Fällen wird ein PTC-Sensor als Temperatursensor verwendet, am häufigsten trifft man jedoch auf den NTC.
Klassische Kühlmitteltemperaturanzeige:
Bei älteren Fahrzeugen ohne Steuergeräte und NTC-Temperatursensoren arbeitet der Kühlmitteltemperaturgeber mit einem Bimetall. Das Bild zeigt die Bestandteile des Bimetallzählers. An das Messgerät ist eine stabilisierte Spannungsquelle von etwa 10 Volt angeschlossen. Das Bimetall im Messgerät verformt sich, sobald ein (größerer) Strom fließt. Dadurch wird der Zeiger mitgenommen.
Der Motorblock enthält einen Temperatursensor mit Bimetall.
Die Temperaturanzeige kommt mit dem Kühlmittel im Motor in Kontakt.
Die Temperatur, bei der die Punkte öffnen, hängt von der Kühlmitteltemperatur und dem Strom ab. Der durchschnittliche Strom wird dann von der Motortemperatur abhängig. In manchen Fällen steht der Zeiger bei ausgeschalteter Zündung in der Maximalstellung. Das Bimetall ist dann gerade.
NTC-Temperatursensor:
Die folgende Abbildung zeigt ein vereinfachtes Schema des Steuergeräts und des Temperatursensors. Der Sensor (RNTC) hat zwei Drähte. Das Pluskabel ist mit der ECU verbunden und das Minuskabel mit Masse. Im Steuergerät befindet sich ein Vorwiderstand. Die Vorspannungs- und NTC-Widerstände sind in Reihe geschaltet. Das Steuergerät versorgt die Reihenschaltung mit einer Spannung von 5 Volt.
Bei einer Reihenschaltung wird die Spannung auf die Widerstände verteilt. Ein Teil der 5 Volt wird vom Vorspannungswiderstand absorbiert. Der andere Teil enthält den NTC-Sensor.
Der Vorspannungswiderstand hat einen festen Widerstandswert; normalerweise etwa 2500 Ohm (2,5 Kiloohm). Der Widerstand des NTC hängt von der Temperatur ab. Die vom NTC-Widerstand aufgenommene Spannung ist daher von der Temperatur abhängig.
Das Steuergerät misst den Spannungsabfall am Vorwiderstand. Bei einer Temperaturänderung ändert sich die Spannung am RNTC und damit auch die Spannung am Vorwiderstand. Schließlich verteilt sich die Spannung in einer Reihenschaltung auf die Widerstände; Wenn der RNTC 0,3 Volt mehr absorbiert, sinkt die Spannung an Rbias um 0,3 Volt.
Das Steuergerät wandelt die am Vorwiderstand gemessene Spannung in eine Temperatur um. Tatsächlich wenden wir jetzt die NTC-Kennlinie an, wobei auf der X-Achse die Spannung statt der Temperatur aufgetragen ist.
Bei einer hohen Temperatur tritt die geringste Widerstandsänderung auf. Die Linie in der Kennlinie fällt bei einer Temperatur von 0 bis 20 Grad Celsius stärker ab als bei 40 bis 60 Grad Celsius. Aus diesem Grund verwenden Hersteller häufig einen zweiten Vorwiderstand für den Kühlmitteltemperatursensor. Die Vorspannungswiderstände sind parallel geschaltet und haben beide einen unterschiedlichen Widerstandswert.
Wenn die Temperatur steigt, schaltet die ECU auf den anderen Vorspannungswiderstand um. Dies gibt uns eine zweite NTC-Charakteristik. Die zweite Eigenschaft weist bei hoher Temperatur eine große Widerstandsänderung auf. Dadurch können wir über einen größeren Bereich messen und die Temperatur sowohl während der Aufheizphase als auch der Betriebstemperatur genau bestimmen.
Die folgende Abbildung zeigt den tatsächlichen Schaltkreis in der ECU, der den 5-Volt-Spannungsstabilisator (78L05), den Vorspannungswiderstand (R) und den enthält Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) und der Mikroprozessor. Weitere Informationen zur analogen Signalübertragung, etwa vom Temperatursensor, finden Sie auf der Seite: Sensortypen und Signale.
Diagnose am Temperatursensor:
Bei Störungen im Zusammenhang mit dem Kühlmitteltemperatursensor können folgende Beschwerden auftreten:
- Schlechter Motorstart, beispielsweise aufgrund einer zusätzlichen Einspritzung bei kaltem Motor, obwohl er in Wirklichkeit bereits warm ist;
- Überhitzung: Aufgrund eines zu niedrigen Wertes schaltet sich der PWM-gesteuerte Kühlventilator zu spät oder gar nicht ein;
- der Motor läuft nach einem Kaltstart nicht richtig im Leerlauf;
- Während sich der Motor weiter erwärmt, erhöht sich die Leerlaufdrehzahl.
- Abgasemissionen sind nicht mehr in Ordnung;
- schwarzer Rauch aufgrund einer zu fetten Mischung;
- Zurückhalten und Stottern bei kaltem Motor;
- Die Klimaanlage lässt sich nicht einschalten.
Die oben genannten Beschwerden treten oft in Verbindung mit einer Motorstörungsleuchte auf, aber das ist nicht immer der Fall. Wenn ein Fehler auftritt, bei dem das Signal des Kühlmitteltemperatursensors innerhalb der Toleranzen liegt, wird kein Fehlercode generiert.
In der Realität prüft die Software im Motorsteuergerät ständig, ob das Signal plausibel ist: Bei starken Abweichungen im Vergleich zu anderen Temperatursensoren oder einem (zu) starken Temperaturanstieg oder -abfall wird das Signal als „nicht plausibel“ gewertet . Dies führt zu einem Fehlercode.
Die Kühlmitteltemperatur kann mit Diagnosegeräten ausgelesen werden (häufig reicht hierfür ein günstiges OBD-Lesegerät oder eine Schnittstelle mit Software für das Telefon).
Im Bild sehen wir eine Temperatur von -48 °C.
Das Diagnoseprogramm (in diesem Fall die Messwertblöcke in VCDS) gibt häufig auch einen Zielwert vor, den die Temperatur erfüllen muss. Unter den aktuellen Betriebsbedingungen sollte die Temperatur zwischen 80 und 115 Grad Celsius liegen.
Wenn wir vermuten, dass ein Sensorwert falsch ist, können wir die Spannungen mit einem Multimeter überprüfen. Zuerst messen wir die Spannungen am Sensor bei drei verschiedenen Temperaturen. In den nächsten drei Bildern sehen wir einen Ausleserechner, der über den DLC (Dat Link Connector) per CAN-Bus mit dem Gateway verbunden ist. Das Gateway kommuniziert auch über CAN-Bus mit dem Motorsteuergerät.
Im Abschnitt „NTC-Temperatursensor“ oben wird beschrieben, dass der Temperatursensor in Reihe mit einem Vorspannungswiderstand im Steuergerät liegt. Die 5-Volt-Spannung wird zwischen dem Vorspannungswiderstand und dem NTC-Widerstand im Sensorgehäuse aufgeteilt. Wenn wir am Sensor eine Spannung von 2,3 Volt messen, beträgt die Spannung am Vorspannungswiderstand 2,7 Volt (2,3 + 2,7 = 5 Volt). Im Gerät liegt eine Spannung von 2,7 Volt an A/D-Wandler in eine Temperatur in der Schnittstellenelektronik des Steuergerätes umgesetzt. Wenn der Motor warm ist, steigt die Spannung am Vorwiderstand; Dies ist in der letzten Messung zu erkennen. In dieser Situation beträgt diese Spannung 4,58 Volt.
Die Bilder unten zeigen die Live-Daten und Messwerte bei unterbrochenem Massekabel zwischen Sensor und Steuergerät. Der Auslesecomputer zeigt eine Temperatur von -42 Grad Celsius an: Das Steuergerät misst eine Spannung von 5 Volt am Vorwiderstand. Das Steuergerät generiert einen oder mehrere Fehlercodes mit Beschreibungen zum Sensor;
- Signal unplausibel;
- Signal unter unterem Grenzwert;
- Kurzschluss mit Plus.
Da aufgrund der Unterbrechung kein Strom fließt, nimmt der NTC keine Spannung mehr auf. Die Spannungsdifferenz zwischen Pin 1 des Sensors und Pin 36 der ECU beträgt 5 Volt: Dies ist die Versorgungsspannung des Sensors. Über Pin 35 werden 5 Volt zugeführt. Da der Sensor keine Spannung erfasst, messen wir eine Differenz von 2 Volt zwischen Pin 36 (Masseanschluss) des Sensors und Pin 5.
Für den Fall, dass wir am Temperatursensor eine Spannung von 5.0 Volt messen (siehe folgendes Bild), messen wir die insgesamt an der Komponente angelegte Spannung. Wir haben es jetzt mit einer Unterbrechung des Temperatursensors zu tun. Der Spannungsverlust zwischen Plus- und Massekabel beträgt 0 Volt.
Wenn wir den Stecker vom Temperatursensor abziehen und mit dem Multimeter im Stecker messen, erscheint auf dem Bildschirm des Multimeters derselbe Wert.
Mit dem Ergebnis dieser Messung ist klar, dass wir den Temperatursensor austauschen müssen.
