Krukaspositiesensor

Onderwerpen:

  • Inleiding
  • Positionering van de sensor en het pulswiel
  • De ontbrekende tand in het pulswiel
  • Werking van de krukaspositiesensor
  • Signalen meten met de oscilloscoop

Inleiding:
De krukaspositiesensor (ook wel de BDP-sensor of motortoerentalsensor genoemd) zit meestal onderop het motorblok bevestigd ter hoogte van het vliegwiel. Als de motor draait, leest de krukaspositiesensor de tandjes of magneten van het pulswiel die langs het meetelement van de sensor bewegen. De krukaspositiesensor geeft een verandering van het magnetisch veld tussen de sensor en het pulswiel verandering in de signaalspanning (inductief of Hall). De snelheid waarmee deze pulsen elkaar opvolgen is een indicatie voor het toerental. Op een bepaald punt ontbreken er één of twee ontbrekende tanden van het pulswiel. Het signaal dat hieruit volgt is voor het motor motorregelapparaat een indicatie van de positie waarin de zuigers zich bevinden. Hiermee bepaalt het motormanagement o.a. het inspuittijdstip en het ontstekingstijdstip. Het krukastoerental wordt tevens naar de toerenteller in het instrumentenpaneel verstuurd.

Krukaspositiesensor

Positionering van de sensor en het pulswiel:
Het pulswiel (ook wel het triggerwiel, referentiewiel of reluctor wheel genoemd, kan op verschillende plaatsen in of op de motor zijn aangebracht:

  • uitwendig op de krukaspoelie: bij oudere motoren zien we dat de krukaspoelie, waar de V-snaar of multiriem door wordt aangedreven, is voorzien van tandjes. Bij moderne motoren komen we deze vorm uitwendige pulswielen niet meer tegen;
  • inwendig d.m.v. geslepen tandjes op de krukas: het pulswiel bevindt zich op de krukas aan de binnenzijde van de krukasflens en is te zien wanneer de carterpan is gedemonteerd;
  • uitwendig ter hoogte van de achterste krukaskeerring: aan de buitenzijde van het motorblok, tussen de buitenzijde van de krukasflens en het vliegwiel is een getande ring of magneetring aangebracht. Deze is bereikbaar als het vliegwiel is gedemonteerd.

De krukassensor is naar het pulswiel gericht. Bij moderne motoren bevindt de krukassensor zich veelal aan de zijkant van de motor nabij het vliegwiel. De onderstaande afbeeldingen tonen drie verschillende inbouwplaatsen van de krukaspositiesensor en pulswiel: tandjes op de krukas aan de binnenkant van de flens, en aan de buitenkant van de flens een magneetring en getande ring.

Pulswiel op de krukas tussen de achterste krukwang en de binnenzijde van de flens
Getande pulswiel i.c.m. keerring (VAG)
Magneetring rondom krukasflens (BMW)

De bovenstaande afbeeldingen tonen pulswielen met krukaspositiesensoren die bij VAG en BMW worden toegepast. De versie die vaak bij VAG wordt toegepast bestaat uit een casette waarin de getande pulswiel tevens de behuizing van de krukaskeerring bevat. De magneetring van BMW is over de krukasflens geschoven. Bij het vervangen van het vliegwiel moet men er op letten dat deze magneetring er niet tussenuit valt. Het komt vaker voor dat na het vervangen van de koppeling inclusief vliegwiel de motor niet meer aan wil slaan, omdat men de magneetring niet terug heeft gemonteerd.

De ontbrekende tand in het pulswiel:
De krukaspositiesensor meet de tandjes op het referentiewiel, welke op de krukas is gemonteerd. De krukaspositiesensor “telt” de tandjes die voorbij komen en “merkt” dat er in iedere omwenteling een tand ontbreekt. Aan de hand van deze ontbrekende tand weet het motormanagementsysteem in welke positie de krukas staat, dus ook op welke hoogte de zuiger tijdens de compressieslag in de cilinder staat.

De ontbrekende tand is aangebracht op het punt waarin de zuiger van cilinder 1 tussen de 90 en 120 graden vóór BDP staat. De benaming “BDP-sensor” is om die reden foutief: de sensor meet niet het punt wanneer de zuiger ín het BDP staat, maar de positie waarin de zuiger staat om naar BDP te bewegen.

Veel motoren zijn uitgerust met een 36-1 of een 60-2 pulswiel. In dit voorbeeld behandelen we het 36-1 pulswiel. Dit pulswiel is voorzien van 36 tandjes, waarvan er één is weggeslepen. Iedere krukasrotatie (360°) draaien er dus 36 (minus de ontbrekende) tanden voorbij. Dat betekent dat iedere 10° één tandje langs de sensor passeert.

In de afbeelding zien we dat de ontbrekende tand bijna bovenin staat. In deze positie staat de motor in het BDP. De draairichting is rechtsom, dus 90° eerder was de ontbrekende tand langs de sensor gedraaid. Deze positie is het referentiepunt. In deze 90° verdraaiing is de zuiger van cilinder 1 van ODP naar BDP bewogen.

Op het moment dat de ontbrekende tand de sensor passeerde, vertaalde de sensor dit naar een verandering in het krukassignaal, en was dit voor het motormanagementsysteem het herkenningspunt (referentiepunt) om een aantal tandjes later te beginnen met inspuiten en/of ontsteken.

36-1 pulswiel

Bij een verhoging van het motortoerental of belasting van de motor spreken we over “voorinspuiting” of “ontstekingsvervroeging“. Met behulp van het referentiepunt op 90 of 120° voor BDP is dit mogelijk. Voorbeeld m.b.t. het ontstekingstijdstip:

  • Bij een laag toerental en lage belasting (1000 rpm bij 25 kPa) bedraagt de ontstekingsvervroeging 15°. Dit komt overeen met anderhalve tand vóór BDP;
  • Bij verhoogd toerental en verhoogde belasting (3100 rpm bij 60 kPa) bedraagt de ontstekingsvervroeging nagenoeg 30°. Dit komt overeen met drie tanden vóór BDP.

Op het moment dat er,  in de laatste situatie, drie tanden voor BDP moet worden ontstoken, heeft het motormanagementsysteem de tijd om tussen de 9 tandjes (90°) van het referentiepunt en drie tandjes (30°) van het gewenste ontstekingstijdstip de bobine aan te sturen, zodat de ontsteking wordt ingeleidt vóórdat de zuiger in het BDP is belandt.

Ontstekingsvervroegingstabel

Een krukaspositiesensor zendt een signaal waaruit het motormanagementsysteem kan afleiden dat de zuiger van cilinder 1 in de positie 90° of 120° voor BDP bevindt. Wat níet bekend is, is of de zuiger bezig is met de compressieslag óf de uitlaatslag.

  • Een motor met slechts een krukaspositiesensor wordt voorzien van een DIS-bobine, waarin iedere krukasrotatie álle bougies vonken, en er tijdens de uitlaatslag dus sprake is van een “wasted spark”;
  • Voor een individuele aansturing van penbobines en injectoren is een nokkenassensor benodigd. Vanuit de informatie van de nokkenassensor kan het motormanagementsysteem bepalen dat cilinder 1 met de compressieslag bezig is, en niet met de uitlaatslag.

Met de combinatie van de krukas- en nokkenassensor wordt het toerental en de aansturing van het inspuit- en ontstekingsysteem per cilinder worden gerealiseerd.

Werking van de krukaspositiesensor:
In de afbeelding linksonder zijn de magnetische veldlijnen te zien die ontstaan wanneer een tand van de krukas langs de magneet van de krukaspositiesensor beweegt. In de afbeelding rechtsonder is het krukassignaal te zien. Bij elke missende tand op de krukas is in de breedte een vergrote afstand en een verhoogde amplitude van het signaal te zien. De toegenome breedte in het signaal herkent het motormanagementsysteem als referentiepunt, waarop de zuiger op 90° of 120°  voor het BDP staat.

Wisselspanning als gevolg van verandering van het magnetisch veld
Inductief krukassignaal

Elektroschema’s krukaspositiesensor:
Om de krukaspositiesensor te meten, raadplegen we eerst de elektroschema’s. De onderstaande schema’s zijn van de sensor van dezelfde motor (VW Golf VI).

  • In het VAG-schema heeft de krukaspositiesensor de componentcode G28 en in HGS-data B56);
  • De VAG-schema’s heeft op de ECU de codering T60 staan met daarachter het pinnummer van de stekker (T60/25) en HGS-data de letter B (B25). Elders in het schema wordt vermeld dat stekker B de 60-polige stekker op de ECU is).
G28, schema VAG
B56, schema HGS-data

Vanaf pin 25 op de ECU wordt een voedingsspanning van 5 volt verstuurd naar de krukaspositiesensorm brandstofdruksensor, EGR-klep, gasklep en positiesensor van de turboverstelling. Niet alle componenten zijn hierboven afgebeeld. Pin 25 dient dus voor de voeding. Pin 53 voor de massa (te zien in het schema van HGS-data) en pin 52 voor het signaal van de krukaspositiesensor. We kunnen rechtstreeks op pin 52 in de stekker van de ECU meten, of we sluiten een breakout-box aan om veilig en overzichtelijk te kunnen meten in aansluiting 52 van de breakout-box.

Signalen meten met de oscilloscoop:
Het krukassignaal kan met een tweekanaalsmeting ten opzichten van het nokkenassignaal worden weergegeven. Met behulp van deze signalen kan bepaald worden of de timing van de distributie nog in orde is, of dat het nokkenassignaal bijvoorbeeld achterloopt op het krukassignaal vanwege een uitgerekte distributieketting. De onderstaande afbeelding toont een meting van een krukassignaal (kanaal A, blauw) ten opzichte van een nokkenassignaal (kanaal B, rood).

Meting krukas- en nokkenassignaal bij stationair toerental

In de signalen van de krukas- en nokkenassensoren kunnen we de volgende punten herkennen:

  • Iedere nokkenasrotatie (herkenningspunten: de twee smalle blokken) zijn er vier ontbrekende tanden van de krukas gepasseerd;
  • De krukas draait twee rotaties als de nokkenas er één draait (verhouding 2:1), wat betekent dat er iedere halve rotatie van de krukas één ontbrekende tand langs de sensor draait.

De motor in dit voorbeeld (VW Golf VI) is voorzien van een getande pulswiel met iedere 180 graden (halve omwenteling) een ontbrekende tand. Dit pulswiel is in de afbeelding van de paragraaf “Positionering van de sensor en het pulswiel” getoond. Als je goed kijkt, kun je de ontbrekende tanden in deze afbeelding herkennen. Wanneer het toerental van de motor wordt verhoogd, wordt de frequentie van het signaal ook hoger. De pulsen komen dan dichter bij elkaar te liggen. De amplitude (de hoogte van de spanning) blijft gelijk. Een meting op dezelfde motor met een verhoogd toerental is in het onderstaande scoopbeeld te zien:

Meting krukas- en nokkenassignaal bij verhoogd toerental

Bij vermoedelijke problemen m.b.t. de distributietiming, kunnen referentiepunten in het kruk- en nokkenassignaal worden vergeleken met een voorbeeldsignaal of met een andere motor zonder problemen.

Door twee punten te markeren, kan het verschil in het aantal tandjes in het gemeten signaal met het voorbeeldsignaal worden vergeleken. Mocht in het gemeten signaal het krukassignaal voor lopen op het nokkenassignaal (het referentiepunt van de krukas verschuift naar links) dan is mogelijk de distributieketting uitgerekt.

Het bovenstaande krukassignaal is van een hall-sensor. Een motor kan ook zijn uitgerust met een inductieve sensor. Een voorbeeld hiervan is in de onderstaande meting te zien. Bij een inductieve sensor wordt bij een verhoogd toerental niet alleen de frequentie hoger (de pulsen komen dichter bij elkaar te liggen), maar ook de amplitude wordt hoger. De frequentie is voor de ECU belangrijk om het toerental te bepalen. Ook in dit signaal is duidelijk de missende tand te zien. De gele lijn (afkomstig van de nokkenassensor) geeft na elk tweede krukassignaal een puls door. Ook deze signalen kunnen weer met elkaar worden vergeleken.

Ook bij het inductieve krukassignaal kan er een referentiepunt worden gekozen, bijv:

  • het nokkenassignaal daalt naar 0 volt;
  • dit gebeurt twee (krukas)tanden na de ontbrekende tand.

Bij een voorbeeldsignaal kijkt men of hier eveneens twee tanden tussenzitten. Mochten er drie tanden tussenzitten, is er wederom sprake van een afwijking.

Mogelijke storingen in het signaal van de krukassensor:
De krukassensor kan defect zijn en geen signaal afgeven. Het motormanagementsysteem krijgt geen toerentalsignaal binnen, waardoor de motor tijdens het starten niet zal aanslaan. Mogelijk wordt het nokkenassignaal opgepakt en kan de motor – na lange tijd doorstarten – draaien op enkel het nokkenassignaal.

Bij een beschadigd pulswiel kan het motormanagementsysteem de beschadiging onterecht herkennen als ontbrekende tand. De beschadiging zorgt er immers voor dat er een afwijking is in de amplitude van de wisselspanning die door de krukassensor wordt afgegeven. Een voorbeeld zien we in de onderstaande afbeeldingen.

In het scoopbeeld zien we tweemaal het kenmerkende verloop van de ontbrekende tand (links ten opzichte van de nokkenaspuls). Rechts van de nokkenaspuls zien we een verstoring in het beeld. Het motormanagement leest de verstoring en kan daardoor op het verkeerde moment gaan inspuiten en ontsteken. Wanneer het mms het krukassignaal vergelijkt met het nokkenassignaal, kan er een fout worden herkend en een DTC (foutcode) worden opgeslagen met betrekking op het krukassignaal. In dit geval kan ten onrechte de krukaspositiesensor worden vervangen.

Het beschadigde tandje op het pulswiel kan zijn veroorzaakt door werkzaamheden aan de motor, waarbij men met een schroevendraaier heeft geracht de krukas te blokkeren tussen de tanden van het pulswiel, i.p.v. de starterkrans op het vliegwiel.

NederlandsEnglish
error: Alert: Content is protected !!