Temperatuursensor

Onderwerpen:

  • Algemeen
  • Klassieke koelvloeistoftemperatuurmeter
  • NTC temperatuursensor
  • Diagnose aan de temperatuursensor

Algemeen:
In de auto bevinden zich een groot aantal temperatuursensoren;

  • koelvloeistoftemperatuur;
  • olietemperatuur;
  • interieur- / buitenlucht en aangezogen luchttemperatuur;
  • uitlaatgastemperatuur;
  • batterijtemperatuur (hybride en elektrische aandrijving)

De bovenstaande temperatuursensoren voorzien de regeleenheid van het desbetreffende systeem van informatie. Om een voorbeeld te noemen: het motorregelapparaat gebruikt het signaal van de koelvloeistoftemperatuursensor om o.a. de inspuiting, ontsteking, stationairregeling, EGR-werking (indien van toepassing) en de koelventilatoraansturing aan de hand van de temperatuur aan te passen. Bij een lage temperatuur vindt er inspuitverrijking plaats en wordt de EGR aangestuurd om de motor sneller op bedrijfstemperatuur te brengen. Bij een hogere temperatuur schakelt de regeleenheid het relais van de koelventilator in. De meest gebruikte temperatuursensoren zijn volgens het NTC-principe.

Koelvloeistoftemperatuursensor
Luchttemperatuursensor
Uitlaatgastemperatuursensor

Naast sensoren die informatie naar de regeleenheid sturen, zijn er ook beveiligingssensoren die zonder extra elektronica functioneren. Bij een dergelijke PTC-sensor stijgt de Ohmse weerstand bij een oplopende temperatuur. Een elektromotor (zoals de ruitenwisser- of raammotor) en een spiegelglas zijn uitgerust met een PTC-sensor.

Klassieke koelvloeistoftemperatuurmeter:
Bij oudere auto’s zonder regeleenheden en NTC-temperatuursensoren werkt de koelvloeistoftemperatuurzender met een bimetaal. De afbeelding toont de componenten van de bi-metalen meter. Op de meter is een gestabiliseerde spanningsbron aangesloten van rond de 10 volt. Het bi-metaaltje in de meter trekt krom zodra er een (grotere) stroom loopt. Hierdoor wordt de wijzer meegenomen. 

In het motorblok zit een temperatuuropnemer met een bi-metaaltje. De temperatuurmeter komt in aanraking met de koelvloeistof in de motor.

De temperatuur waarbij de punten openen is afhankelijk van de koelvloeistoftemperatuur en de stroomsterkte. De gemiddelde stroomsterkte wordt dan afhankelijk van de motortemperatuur. In sommige gevallen staat de wijzer in de maximale stand bij uitgeschakeld contact. Het bi-metaaltje staat dan recht.

NTC temperatuursensor:
De volgende afbeelding toont een vereenvoudigd schema van de ECU en de temperatuursensor. De sensor (RNTC) heeft twee draden. De plusdraad is met de ECU verbonden en de mindraad met massa. In de ECU bevindt zich een bias-weerstand. De bias- en de NTC-weerstanden zijn in serie geschakeld. De ECU voedt de serieschakeling met een spanning van 5 volt.

In een serieschakeling verdeelt de spanning zich over de weerstanden. Een deel van de 5 volt wordt door de bias-weerstand opgenomen. Het andere deel neemt de NTC-sensor op.

De bias-weerstand heeft een vaste weerstandwaarde;  meestal rond de 2500 ohm (2,5 kilo-ohm). De weerstand van de NTC hangt af van de temperatuur. De spanning die de NTC-weerstand opneemt hangt dus af van de temperatuur.

De ECU meet de spanningsval over de bias-weerstand. Bij een temperatuursverandering verandert de spanning over RNTC en daarmee dus ook de spanning over de bias-weerstand. De spanning in een serieschakeling verdeelt zich immers over de weerstanden; neemt de RNTC 0,3 volt meer op, dan daalt de spanning over Rbias 0,3 volt.

De spanning die over de bias-weerstand wordt gemeten, vertaalt de ECU naar een temperatuur. In feite passen we nu de NTC-karakteristiek toe, met op de X-as de spanning in plaats van de temperatuur.

Bij een hoge temperatuur vindt de minste weerstandsverandering plaats. De lijn in de karakteristiek daalt bij een temperatuur van 0 naar 20 graden Celsius harder dan van 40 naar 60 graden Celsius. Om die reden passen fabrikanten voor de koelvloeistoftemperatuursensor vaak een tweede bias-weerstand toe. De bias-weerstanden worden parallel over elkaar geschakeld en hebben beide een andere weerstandwaarde. 

Bij een toenemende temperatuur schakelt de ECU over naar de andere bias-weerstand. Hiermee verkrijgen we een tweede NTC-karakteristiek. De tweede karakteristiek zal een grote weerstandverandering hebben bij een hoge temperatuur. We kunnen hiermee over een groter bereik meten en daarbij de temperatuur bij zowel de opwarmfase als bij bedrijfstemperatuur nauwkeurig bepalen.

In de volgende afbeelding wordt de werkelijke schakeling in de ECU getoond met de spanningsstabilisator (78L05), biasweerstand (R), de analoog-digitaal converter (ADC) en de microprocessor. Voor meer info, bekijk de pagina: sensortypes en signalen.

Diagnose aan de temperatuursensor:
Bij storingen m.b.t. de koelvloeistoftemperatuursensor, kunnen de volgende klachten ontstaan:

  • slecht aanslaan van de motor door bijv. extra inspuiting voor een koude motor, terwijl hij in werkelijkheid al warm is;
  • oververhitting: door een te lage waarde slaat de PWM-gestuurde koelventilator te laat of niet aan;
  • de motor draait na een koude start niet netjes stationair;
  • naar mate de motor verder opwarmt, stijgt het stationaire toerental;
  • uitlaatgasemissies zijn niet meer in orde;
  • zwarte rook door een te rijk mengsel;
  • inhouden en stotteren bij koude motor;
  • de airconditioning kan niet worden ingeschakeld.

Vaak zijn de bovenstaande klachten in combinatie met een motorstoringslampje, maar dat is niet altijd het geval. Als er zich een storing voordoet waarin het signaal van de koelvloeistoftemperatuursensor binnen de toleranties valt, wordt er ook geen foutcode gegenereert.

In werkelijkheid wordt door de software in de motor-ECU constant gecontroleerd of het signaal wel plausibel is: bij sterke afwijken ten opzichte van andere temperatuursensoren, of een (te) sterke stijging of daling van de temperatuur, wordt het signaal als “niet aannemelijk” beschouwd. Hieruit volgt wel een foutcode.

Middels diagnoseapparatuur (veelal is een goedkope OBD-reader of een interface met software voor de telefoon hiervoor voldoende) kan de koelvloeistoftemperatuur worden uitgelezen.

In de afbeelding zien we een temperatuur van -48 graden Celsius. Het diagnoseprogramma (in dit geval de meetwaarde-blokken in VCDS) geeft vaak ook een richtwaarde op waaraan de temperatuur moet voldoen. In de huidige bedrijfsomstandigheden zou de temperatuur tussen de 80 en 115 graden Celsius moeten bedragen.

Bij het vermoeden dat een sensorwaarde onjuist is, kunnen we met een multimeter de spanningen controleren. Eerst meten we bij drie verschillende temperaturen de spanningen over de sensor. In de volgende drie afbeeldingen zien we een uitleescomputer die via de DLC (Dat Link Connector) via CAN-bus is verbonden met de gateway. De gateway communiceert eveneens via CAN-bus met de motor-ECU.

Meting bij 18°C
Meting bij 55°C
Meting bij °C

In de paragraaf “NTC temperatuursensor” hierboven staat beschreven dat de temperatuursensor in serie staat met een bias-weerstand in de ECU. De spanning van 5 volt verdeelt zich over de bias-weerstand en de NTC-weerstand in de sensorbehuizing. Wanneer we een spanning van 2,3 volt over de sensor meten, bedraagt de spanning over de bias-weerstand 2,7 volt (2,3 + 2,7 = 5 volt). De spanning van 2,7 volt wordt in de ECU vertaald naar een temperatuur. Bij een warme motor stijgt de spanning over de bias-weerstand; dit is te zien in de laatste meting. In die situatie bedraagt deze spanning 4,58 volt.

De onderstaande afbeeldingen tonen de live data en meetwaarden bij een onderbroken massadraad tussen de sensor en de ECU. Op de uitleescomputer is een temperatuur van -42 graden Celsius te zien: de ECU meet een spanning van 5 volt over de bias-weerstand. De ECU genereert één of meerdere foutcodes met de beschrijvingen over de sensor;

  • signaal onaannemelijk;
  • signaal beneden onderste grenswaarde;
  • kortsluiting met plus.
Geen spanningsverschil over sensor
Spanningsverschil 5 volt
Spanningverschil 5 volt over massadraad

Doordat er geen stroom meer loopt, neemt de NTC-weerstand geen spanning meer op. Het spanningsverschil tussen pin 1 van de sensor en pin 36 van de ECU bedraagt 5 volt: dit is de voedingsspanning van de sensor. Via pin 35 wordt 5 volt toegevoerd. Omdat de sensor geen spanning opneemt, meten we tussen pin 2 (massa-aansluiting) sensor en pin 36 een verschil van 5 volt.

In het geval dat we een spanning van 5.0 volt meten over de temperatuursensor, (zie de volgende afbeelding) meten we dus de totale toegevoerde spanning over het component. We hebben nu te maken met een onderbreking ín de temperatuursensor. Het spanningsverlies over de plus- en massadraden bedraagt 0 volt.

Wanneer we de stekker van de temperatuursensor halen en met de multimeter in de stekker meten, verschijnt dezelfde waarde op het scherm van de multimeter.

Met de uitkomst van deze meting is het duidelijk dat we de temperatuursensor moeten vervangen.

Spanningsverschil 5 volt over de sensor

Gerelateerde pagina’s: