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Sensoren & AktorenErstellt durch: Martin Vollmer (KFZ05V)

Sensoren:GrundlagenUnterscheidungIntregrationsstufenÜbersichtInduktivsensorHallsensorTemperatursensorPotentiometerPiezodrucksensorBeschleunigungssensorDrehmomentsensorHeißfilm-LuftmassenmesserSeitenwandtorsionssensorLambda-SondeÜbersichtAktoren:GrundlagenMagnetventilElektromotorSchrittmotorZündspuleGrundlagen:HalleffektPiezoeffekt

SensorenDefinitionDer Begriff „Sensor“ ist gleichbedeutend mit den Begriffen(Mess-) Fühler und (Messwert-) AufnehmerGrundlagen• Sensoren sind die „Sinnesorgane“ des Kraftfahrzeugs für:– Weg– Winkel– Drehzahl– Geschwindigkeit– Beschleunigung– Vibration– Druck– Durchfluss– Gaskonzentration– Temperatur und andere Einflussgrößen• Ihre Signale sind inzwischen unverzichtbar für viele Steuerungs- und Regelungsfunktionenwie Managementsysteme für Motor und Fahrwerksteuerung, Sicherheit sowie Komfort• Mit der elektronischen Datenverarbeitung ist es schließlich möglich, die genanntenEinflussgrößen schnell auszuwerten und für die gewünschten Fahrzeugfunktionenaufzubereiten• Sensoren setzen eine physikalische oder chemische (meist nichtelektrische) Größe unterBerücksichtigung von Störgrößen in eine elektrische Größe um

• Als elektrische Größen gelten hier:- Strom- Spannung- Strom-/Spannungsamplituden- Frequenz- Periode- Phase oder auch Pulsdauer einer elektrischen Schwingung- Elektrischer Widerstand- Kapazität- InduktivitätEingabeVerarbeitungAusgabe

Unterscheidung von SensorenSchalter• einfachste und günstigste Variante von Sensoren• umfasst nur Schaltstellung ein und aus• Bsp. Endschalter für FaltdachPassive Sensoren• enthalten nur passive Elemente (Spule, Widerstand, Kondensator)• Signale werden in den meisten Fällen als analoge Spannung ausgegeben• werden ohne eine Stromversorgung betrieben• Bsp. TemperatursensorAktive Sensoren• enthalten intern verstärkende oder Signalformende Bauelemente• werden mit einer Stromversorgung betrieben• Sensorsignal ist durch eine im Sensor integrierte Elektronik ein Rechtecksignal• Bsp. HallsensorIntelligente Sensoren• besitzen zusätzlich eine eigene Auswerteelektronik zur Erfassung und Aufbereitung derSignale• Bsp. Heißfilm-LuftmassenmesserKomplexe Sensoren• sind für spezielle Aufgaben konzipiert• besitzen ebenfalls eine eigene Auswerteelektronik• umfassen mehrere Sensoren• Bsp. Ölsensor, Radarsensor

IntegrationsstufenSE Sensoren, SA Signalaufbereitung, A/D Analog Digital Wandler, SG Steuergerät, MC Mikrocomputer

Übersicht Sensoren

PotentiometerGrundlagen• Ist ein elektrischer Widerstand, der mechanischverändert werden kann• wird verwendet zur Bestimmung derDrosselklappenstellung, Fahrpedalstellung usw.Funktion• Schleifer eines Potentiometers wird proportional zurDrosselklappenstellung betätigt• Enden der Widerstandsbahn sind an eine festeSpannung angeschlossen• durch Veränderung der Schleiferstellung entstehteine entsprechende Spannung amSchleiferanschluss• dadurch kann die Stellung von z.B. einerDrosselklappe in eine Spannung umgewandeltwerden

TemperatursensorAufbau• Besteht aus dem im Gehäuse eingebautenTemperaturabhängigen Messwiderstand ausHalbleitermaterial• Zur Temperaturmessung werden fastausschließlich nur NTC-WiderständeverwendetAnwendung Temperaturbereiche (NTC-Sensor)• Ansaugluft: -40°C ... 80°C• Ladeluft: -40°C ... 170°C• Umgebungsluft: -40°C ... 60°C• Innenraum: -20°C ... 80°C• Kühlmittel: -40°C ... 130°C• Motoröl: -40°C ... 170°C• Kraftstoff: -40°C ... 120°C• Abgas: 100°C ... 1000°C• Kältemittel: -40°C ... 60°C

TemperatursensorUnterschiedliche Sensoren• NTC-Widerstand:– Negativer Temperatur Coeffizient– Widerstand verringert sich mitsteigender Temperatur– Heißleiter• PTC-Widerstand:– Positiver Temperatur Coeffizient– Widerstand Steigt mit steigenderTemperatur– Kaltleiter– z.B. Glühlampen

TemperatursensorFunktionSchaltplanbeispiel 1 (Grün)• das Steuergerät (rot umrandet) legt denNTC-Widerstand an eineVersorgungsspannung von 5V• NTC und R1 bilden einenSpannungsteiler• die an R1 abfallende Spannung wird imSteuergerät ermittelt und ausgewertet• nach den Regeln der Reihenschaltung istU umso größer, je kleiner der NTCWiderstand ist und damit, je heißer die zumessende TemperaturSchaltplanbeispiel 2 (Gelb)• der Temperaturfühler kann jedoch auchan Masse liegen

Heißfilm-LuftmassenmesserGrundlagen• ist einer der wichtigsten Sensoren derMehrpunkt-Einspritzung• Gibt Signal über den Lastzustand desMotors an das Motormanagement• nicht so empfindlich gegen Ablagerungenwie der Hitzdraht-LuftmassenmesserQuelle: Kfz-Tech• muss am Ende nicht mehr mit 1000°Cfreigebrannt werden• braucht nicht den vollen Ansaugstrom,sondern kann im Bypass messen(geringerer Strömungswiderstand)• kann auch im Luftfilter verbaut werden

Heißfilm-LuftmassenmesserFunktion• wie beim Hitzdraht-Luftmassenmesser istder Heizwiderstand aus Platin• auch bildet er weiterhin einen Widerstandeiner Brückenschaltung, zu der auchnoch ein Temperaturwiderstand, einSensorwiderstand und ein einstellbarerWiderstand gehören• einer dieser Widerstände ist als dünnerFilm auf einer Keramikschichtaufgebracht• die Brückenschaltung wird soabgeglichen, dass dieTemperaturdifferenz Heizwiderstand zuTemperaturwiderstand 160°C beträgt• Ansaugluft kühlt den Heizwiderstand• zugeführte Heizstrom ist das Maß für diedurchströmende Luftmasse• Inzwischen ist die Elektronik so weitentwickelt, dass sie pulsierendeLuftströme nicht mehrfach berechnet1 Strömungsrichtung, 2 Sensorelement, 3 Heizzone,4 Membran

Induktiv-Sensor• dient der Erfassung von Bewegungenund Positionen (Raddrehzahlen,Kurbelwellenumdrehungen, etc)• das physikalische Prinzip der Erzeugungeiner Induktionsspannung beruht auf derzeitlichen Änderung des Magnetflusses• dadurch wird in die Wicklung eineWechselspannung induziert• Höhe der Wechselspannung hängt vonder Drehzahl des Impulsgeberrades undvom Luftspalt zwischen Sensor undImpulsgeberrad ab• Je höher die Drehzahl und je kleiner derLuftspalt, desto höher ist dieGeberspannung• Steuergerät ermittelt Drehzahl über dieFrequenz des Gebersignals• Positionsermittlung z.B. derNockenwelle über Lücken oderDauermagnete im Impulsgeberradmöglich

AufbauHallsensor

Halleffekt• An ein elektrisch leitendes Halbleiterblättchen ist an eine Spannungsquelle angeschlossen• an ihm werden elektrische Leitungen angeschlossen, so dass ein Strom von z.B. 2A durchihn hindurch fließt• der Strom wird sich in dem homogenen Körper ziemlich gleichmäßig und symmetrisch überdie gesamte Querschnittsfläche verteilen• Dies wird durch die im Bild dünn gezeichneten schwarzen Stromlinien dargestellt werden.

Halleffekt• setzt man das Blättchen in ein Magnetfeld, so entsteht an den Körperkanten, die quer zurStromrichtung und quer zum Magnetfeld ausgerichtet sind, eine Spannung (Hallspannung)• elektrische Ladungen, die sich nicht parallel zu einem Magnetfeld bewegen, werden ausihrer Bahn abgelenkt• Stehen sich die Pole gegenüber, werden die Elektronen zum großen Teil zur vorderenKörperfläche hin gezogen• an der hinteren Körperfläche fließen nun fast keine Elektronen mehr vorbei• es entsteht also vorne ein Elektronenüberschuss und hinten ein Elektronenmangel, wassich als elektrische Spannung bemerkbar macht.

HallsensorFunktion• Magnetschranke mit Hall-IC und Luftspalt ist fest imVerteiler montiert• Welle treibt den Blendenrotor an, dessen Blendender Zylinderzahl entsprechen• Blenden laufen berührungslos durch den Luftspaltder Magnetschranke• Je nachdem ob sich die Blende im Luftspaltbefindet, verändert sich das Magnetfeld• dies führt zu einer Veränderung der Hallspannung• Im Hall-IC wird diese Spannung verstärkt,umgeformt und an das Steuergerät weitergeleitet

FunktionHallsensor

HallsensorVorteile von Hallsensoren gegenüber Induktivgebern• Hallsensoren liefern ein von der Drehzahlunabhängige Signalspannung• insbesondere können sie auch sehr langsameDrehbewegungen und sogar statische Zuständeerfassen• Hallsensoren liefern von Natur aus bereits einRechtecksignal, wie es von Digitalschaltungen in denSteuergeräten direkt auswertbar ist, wogegen Signalevon Induktivgebern erst aufbereitet werden müssenAnwendung• Phasensensor an der Nockenwelle für dieZylindererkennung• Motordrehzahlsensor/ Bezugsmarkengeber• Raddrehzahlsensor• Fahrgeschwindigkeitssensor am Getriebe Hallsensor zur Drehzahlmessung

Piezo-DrucksensorGrundlagen• Sensor zur Messung von absoluten bzw.relativen Drücken verwendet man piezoelektrischeSensoren• sie erzeugen bei Belastung durchDruckkräfte eine elektrische Spannung(*Piezoeffekt)• diese entsteht durch Kristalle, an deneninfolge einer Deformation eineelektrische Spannung anliegt• im Motorbereich werden sie alsKlopfsensoren und als Druckfühler imSaugrohr eingesetzt• weitere Anwendungsbereiche im Kfz:– Bremsdrucksensor fürFahrdynamikregelungen– Einspritzdrucksensor beimDieselmotor– Öldrucksensor

Piezoeffekt*Piezoeffekt:•zusammendrücken des Piezoelements führt zu einer Verschiebung der Ladungen im Kristallgitter desPiezokeramischen Werkstoffs•Werkstoffe sind z.B. Siliziumoxid oder Blei-Zirconat-Titan•zwischen den in Druckrichtung sich gegenüberstehenden Oberflächen entsteht eine elektrische Spannung•Diese Oberflächenladung kann man durch Aufeinanderschichten von mehreren Kristallplätchen verstärken

Piezo-DrucksensorFunktion• der zu messende Druck wird über denDruckbolzen auf das Piezoelementübertragen• seismische Masse erzeugt denPiezoeffekt*• dadurch entsteht im Piezoelement eineSpannung• Spannung ist Messgröße für den Druck• Elektroden greifen Spannung ab undführen sie der Auswerteelektronik zu• Elektronik bereitet Spannungssignal aufund gibt es an das Steuergerät weiter

Beschleunigungssensor• misst die Beschleunigung, indem die aufeine Testmasse wirkende Trägheitskraftbestimmt wird• Somit kann z.B. bestimmt werden, obeine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme stattfindet• Beschleunigungssensoren haben dahereine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten:– Messung von Vibrationen– Aktive Federungssysteme inFahrzeugen– Alarmanlagen bei beweglichenGütern oder als Berührungssensor.– Schadensuntersuchungen beimWarentransport– Messung vonQuerbeschleunigungen am Fzg.– Signal für Airbagsprinzipieller Aufbau

Beschleunigungssensor• Kleinsensoren haben Messbereiche voneinigen bis hunderten g• Sie sind vielfach auch sehr robust gegenStöße, Temperatur, Vibrationen undandere Effekte• Genauigkeiten liegen meist im ProzentoderPromille-Bereich• zur Analyse von Fahrzeugbewegungenfür die Fahrzeugelektronik ist dieBeschleunigungsmessung unentbehrlich• Miniaturisierte Sensoren sind meist mitpiezoelektrischen Sensoren oder alsMEMS (Micro-Electro-MechanicalSystem) aufgebautprinzipieller Aufbau

BeschleunigungssensorSensoren für Querbeschleunigung• An einer Feder angebrachteDauermagneten erzeugen ein Magnetfeld• Ein über den Dauermagnetenangebrachtes Hallelement registriert einHallspannung• Feder wird durch Beschleunigungausgelenkt• Dauermagneten ändern denElektronenfluss im Hallelement• Steuergerät ermittelt aus derHallspannung die Beschleunigungprinzipieller Aufbau

BeschleunigungssensorCrashsensoren• Biegebalken mit unterschiedlichpolarisierten Piezoelementen sind aufeine Platte befestigt• Elemente sind mit elektrischen Leitungenverbunden• Elemente werden bei einerBeschleunigung gebogen und dadurchgestaucht oder gedehnt• Elektrische Spannung entsteht durch denPiezoeffekt• Spannung ist Mass für dieBeschleunigungprinzipieller Aufbau

Seitenwandtorsionssensor• Reifen weist abwechselnd gepolteMagnetzonen in seiner Seitenwand auf• feststehende Sensoren erfassen dieMagnetfeldänderungen• Dadurch kann die Raddrehzahl wie beimherkömmlichen ABS-Sensor erfasst werdenund auch Kräfte, die auf den Reifen wirkenund ihn ungewöhnlich verformen• Kräfte die auf den Reifen wirken:– Antriebskräfte– Bremskräfte– Querkräfte bei Kurvenfahrt,Seitenwind, quergeneigter Fahrbahn• Ein Steuergerät verarbeitet die Signale undnutzt sie für eine über das einfache ESPhinausgehende Fahrdynmikregelung.

DrehmomentsensorGrundlagen• wird verwendet bei Elektrischangetriebene Systeme zurLenkunterstützung• diese ersetzen in den nächsten Jahrendie derzeit gebräuchlichen Lösungen aufder Basis von Hydraulik oderElektrohydraulik• das Steuergerät des Lenksystemsbenötigt hierbei genaue Informationenüber die Lenkbefehle• Bosch entwickelt deshalb Sensoren, diedie erforderlichen Daten von Drehwinkel,Drehrichtung und Drehmomentelektronisch erfassen• Leistungsfähigere Systeme ermöglichenzunehmend den Einsatz in größerenFahrzeugen• derart betriebene Servosysteme tragenvorrangig zur Reduzierung desKraftstoffverbrauches bei

DrehmomentsensorOptische Drehmomentmessung• Automobilausrüster entwickeln derzeiteinen kombinierten Drehmoment-Winkelsensor• hierbei erkennt ein optischesSensorelement die Verdrehung von zweimit entsprechenden Codes versehenenScheiben auf der Lenkachse zueinander• Hieraus errechnet der Sensor mitzugehöriger Elektronik das Drehmomentsowie den absoluten Lenkwinkel• eine feinfühlige Regelung derelektrischen Servounterstützung ist somitmöglich

Drehmomentsensor• Vorteile des optischen Messprinzips:– hohe Auflösung– geringere Einstrahlempfindlichkeit– der ermittelte Wert des absolutenDrehwinkels kann zurMittenrückstellung der Lenkung oderauch von anderenFahrzeugsystemen wie demElektronischen Stabilitäts-ProgrammESP verwendet werden– geringe Baugröße– verschiedene verfügbareSchnittstellen bieten denFahrzeugherstellern größteFlexibilität bei der Anpassung anden Einbauort– Prinzip der Signalaufbereitunggenügt hohenSicherheitsanforderungen– zusammen mit seiner hohenAuflösung und Aktualisierungsrateist er damit auch für zukünftigeSteer-by-Wire-Systeme bestensgeeignetQuellen: Bosch

Lambda-SondeGrundlagen• Für eine vollständige und einwandfreieVerbrennung ist bei herkömmlichenOttomotoren ein Mischungsverhältnis vonca. 14,7 kg Luft zu 1 Kilogramm Kraftstoffnötig• Verhältnis tatsächlich benötigtenLuftmenge zum theoretischen Luftbedarfwird als Luftzahl oder Lambdawert (λ)bezeichnet• λ = 1 heißt, dass die zugeführteLuftmenge dem theoretischen Luftbedarfentspricht• Im normalen Betrieb des Fahrzeugsschwanken diese Werte– beste Leistung bei Luftmangel (λ ca.0,9 = fettes Gemisch)– niedrigste Verbrauch beiLuftüberschuss (λ ca. 1,1 = mageresGemisch)

Lambda-SondeGrundlagen• Lambda-Sonde ist vor dem Katangeordnet• Moderne Systeme besitzen vor und nachdem Katalysator Lambda-Sonden• Sonden erfassen über denRestsauerstoffgehalt im Abgas dieGemischzusammensetzungVerschiedene Lambda-Sonden• Widerstandssprung-Sonde• Nernstsonde (Spannungssprung-Sonde)• Breitband-Sonde• Monitorsonde

Lambda-SondeWiderstands-Sonde• wird bei Ottomotoren in der Regel in denAbgaskrümmer oder das Sammelrohrkurz dahinter eingeschraubt• In Fahrzeugen mit hohen gesetzlichenAnforderungen an die Abgasreinigungund die Eigendiagnose kommen mehrereSonden zum Einsatz• bei V-Motoren in der Regel proZylinderbank eine bis zu einer Sonde proZylinder (für eine selektive Regelung)• bei modernen Ottomotoren mitTurboaufladung wird die Lambdasondegegenwärtig nur nach dem Turboladereingebaut• geringer Widerstand fettes Gemisch• hoher Widerstand mageres Gemisch

Lambda-SondeFunktion• Sensorelement besteht aus einerhalbleitenden Titandioxidkeramik• Ladungsträger werden durchSauerstofffehlstellen die als Donatorenwirken zur Verfügung gestellt• bei umgebenden Sauerstoff werden dieFehlstellen besetzt und reduzieren dieZahl der freien Ladungsträger• Sauerstoffionen tragen hier nichtwesentlich zur Leitfähigkeit bei, sondernder Sauerstoff reduziert die Zahl derfreien Ladungsträger• bei hoher Sauerstoffkonzentration hatdas Sensormaterial einen großenWiderstand• Signal wird durch einen Spannungsteilermit einem festen Widerstand erzeugt

Lambda-SondeNernst-Sonde (Spannungssprung-Sonde)• eine Seite des keramischenSensorelements ist dem Abgasstromausgesetzt, während die andere Seite aneiner Sauerstoffreferenz liegt• in den meisten Fällen wird hierzu dieUmgebungsluft verwendet• entweder durch eine Öffnung direkt ander Sonde oder über die Zuleitung undden Stecker• Sauerstoffgehalt der Referenz ist dabeiverringert und die Sondenspannungverkleinert• bei einer gepumpten Referenz wird dieUmgebungsluft nicht mehr benötigt• Sauerstoffreferenz wird hier durch einenaufgeprägten Sauerstoffionenstrom ausdem Abgas hergestellt

Lambda-SondeFunktion• Bei Temperaturen über etwa 300 °C wirddie Yttrium-dotierte Zirkoniumdioxid-Keramik der Sonde für negativeSauerstoff-Ionen leitend• Konzentrationsunterschied erzeugt eineIonendiffusion zum Abgas• Sauerstoff-Atome können als doppeltnegativ geladene Ionen durch dieKeramik durchtreten• Die zur Ionisierung der Sauerstoff-Atomeerforderlichen Elektronen werden vonden elektronisch leitfähigen Elektrodengeliefert• Dadurch lässt sich zwischen den innenund außen angebrachten Platin-Elektroden eine elektrische Spannungabnehmen (Sondenspannung)

Lambda-SondeFunktion• Sondenspannung liegt bei λ>1 (mageresGemisch, zuviel Luft) zwischen 0 und150 mV• bei λ

Lambda-SondeBreitband-Sonde• wurde entwickelt, da Dieselmotoren unddie so genannten mageren Ottomotorennicht oder nur selten im λ-Bereich einsbetrieben werden• insbesondere der Dieselmotor ist einklassisches Magerkonzept, das stets miteinem Luftüberschuss (λ>1) arbeitet• für die Regelung des Dieselmotors undder mageren Ottomotoren kann die λ=1Sonde nicht verwendet werden• ihr Signalverhalten im Fetten bzw. imMageren ist nicht ohne großen Aufwandauswertbar• Aufbau einer solchen Sonde ist deutlichkomplizierter• Sie ist aus mehreren Schichtenaufgebaut und hat einen integriertenHeizer

Lambda-SondeFunktion• Für das Messprinzip sind drei Teileentscheidend:– der Diffusionkanal (blau) zwischenAbgas und Messgas der Nernstzelle– die Pumpzelle (rosa) zwischenAbgas und Messgas der Nernstzelle– die Nernstzelle (grün) zwischenMessgas und Referenzgas (Luft)• Messgas der Nernstzelle wird neben demAbgas durch einen Diffusionkanal durcheinen Pumpstrom beeinflusst• Pumpstrom wird durch einen äußerenRegler so eingestellt, dass derSauerstoffstrom durch den elektrischenStrom der Pumpzelle denSauerstoffstrom durch den Diffusionkanalgenau ausgleicht, so dass das Gas beiλ=1 bleibt

Lambda-SondeFunktion• Der Pumpstrom pumpt bei fettemGemisch Sauerstoffionen in dasMessgas der Nernstzelle hinein und beimagerem Gemisch hinaus• Über das Vorzeichen und die Größedieses Stromes kann dieGemischzusammensetzung bestimmtwerden• Die Regelung des Stromes erfolgt durcheinen eigenen Steuerchip imMotorsteuergerät• Die NOx-Sonde ist bei Fahrzeugen mitNOx Speicherkatalysatoren eingebaut(Aufbau und der Funktionsweiseentspricht der Breitbandlambdasonde)

Lambda-SondeMonitor-Sonde• wird bei neueren Ottomotoren als zweite(nach Kat) Lambda-Sonde verwendet• überwacht die Funktion des Katalysators• Motorsteuergerät kann die Werte derSonde vor dem Kat mit den Werten derMonitorsonde vergleichen• bei einem voll funktionstüchtigen Katpendelt das Signal der Monitorsondestark abgeschwächt um den Mittelwertdes Signals der ersten Sonde• bei altersbedingtem verlusst derSauerstoffspeicherfähigkeit, ähnelt dasSignal der Monitorsonde, zeitlich leichtverzögert, dem der Sonde vor dem Kat• Steuergerät kann jetzt eineentsprechende Meldung imFehlerspeicher ablegen und den Fahrermittels einer Warnleuchte über eineFehlfunktion informieren.• Monitorsonde kann auch zurVerbesserung der Genauigkeit derLambdaregelung und zurPlausibilisierung der ersten Sondeverwendet werden

Aktoren (Stellglieder)DefinitionAktoren - bildhaft als "Muskeln der Mikroelektronik" bezeichnet - steuern, schalten und regelntechnische Prozesse. Hierfür wandeln sie die in elektrisch-digitaler oder analoger Formvorliegenden Stellbefehle des Steuergeräts in mechanische Arbeit (Kraft x Weg) um.Grundlagen• Aktoren werden von den Endstufen der Steuergeräte elektrisch angesteuert• sie beeinflussen daraufhin bestimmte Vorgänge• Die Energiewandlung erfolgt:– motorisch– pneumatisch– hydraulisch– magnetisch– optische Anzeige• zum Positionieren kommen vorzugsweise mechanische oder elektronisch gesteuerteGleichstrommotoren und Schrittmotoren zum Einsatz• Stellglieder sind in den meisten Fällen Elektromagnete, die bei eingeschalteter Zündungplusseitig dauernd mit 12 Volt versorgt werden• das Steuergerät greift über die Masseseite ein und verbindet die Masseleitung desMagneten mit der Motormasse

MagnetventilGrundlagenAufbau• Magnetventile werden von einemElektromagneten betätigt• abhängig von der Bauart können dieseVentile mit bis zu mehreren kHzSchaltfrequenz arbeiten• Beispiele für die Anwendung:– Einspritzventile– Schaltventile bei Automatikgetrieben

MagnetventilFunktion• Strom fließt durch die Magnetspule underzeugt ein Magnetfeld• Magnetfeld zieht den Magnetankerentgegen der der Ventilfederkraft nachoben• Kraftstoffdruck hebt die Ventilnadel an• Kraftstoff wird eingespritzt• Nach Beendigung der Einspritzung wirdder Strom abgeschaltet und dasMagnetventil wird durch die Federkraftgeschlossen• Einspritzvorgang ist beendet

ElektromotorGrundlagen• Stammt aus dem Lateinischenmotus = Bewegung• ist eine Maschine, die elektrische Energiein mechanische Energie umwandelt• dies passiert rein elektrisch mit Hilfe vonmagnetischen Feldern• In Elektromotoren wird die Kraft, die voneinem Magnetfeld auf die Leiter einerSpule ausgeübt wird, in Bewegungumgesetzt• Damit ist der Elektromotor dasGegenstück zum Generator• Elektromotoren erzeugen meistrotierende Bewegungen, sie können aberauch translatorische BewegungenausführenQuelle: WikipediaArten• Gleichstrommotor• SchrittmotorQuelle: Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik

GleichstrommotorFunktion• Drehbewegung beruht auf den Kräften,die verschiedene Magnetfelderaufeinander ausüben• Auch Stromdurchflossene Leitungen(bzw. Spulen) erzeugen ein Magnetfeld• Befestigt man eine Drehbar gelagerteSpule zwischen den Magnetpolen ergibtsich je nach Stromrichtung eineDrehbewegungQuelle: Wikipedia• Die Stromzuführung für die sichdrehende Spule erfolgt über Schleifringeoder einen segmentierten Kommutatormit Kohlebürsten• Drehbewegung erfolgt so lange, bis dieMagnetfeldlinien zwischen denMagnetpolen die selbe Richtung habenQuelle: Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik

GleichstrommotorFunktion• damit er an diesem "toten Punkt" nichtstehen bleibt, wird hier die Stromrichtungin der Ankerspule mit Hilfe desKommutators (Stromwender) umgekehrt• er besteht aus zwei Halbkugeln, die inder Mitte durch einen schmalen Streifennichtleitenden Materials (Kunststoff,Porzellan etc.) getrennt sindQuelle: Wikipedia• an der dem Rotor abgewandtenOberfläche des Kommutators befindensich zwei Kohlebürsten• Diese sind fest an eine Spannungangeschlossen• Je nach Drehung werden dieLeiterschleifen unterschiedlich gepolt• Auf den Motor wirkt somit eine Kraft under dreht sich um 180° weiterQuelle: Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik

GleichstrommotorFunktion• Der nicht leitende Streifen in der Mittedes Kommutators bewirkt, dass dieStromzufuhr kurzzeitig unterbrochen wird• im Rotor wird dadurch kein Magnetfeldmehr erzeugt• der Rotor dreht sich somit ohneKrafteinwirkung nur auf Grund seinerTrägheit weiter und überwindet so denneutralen PunktQuelle: Wikipedia• Die genaue Funktionsweise hängt vomMotortyp ab• Motortypen:– Permaneterregter Motor– Nebenschlussmotor– Reihen- bzw. Hauptschlussmotor– DoppelschlussmotorQuelle: Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik

SchrittmotorGrundlagen• Schrittmotor werden fürDrosselklappenverstellung etc.verwendet• Da der Rotor um einen minimalen Winkel(Schritt) oder sein Vielfaches gedrehtwerden kann• dies geschieht durch ein gesteuertesschrittweise rotierendeselektromagnetisches Feld derStatorspulen• Schrittmotoren können bis ca. 1 kWwirtschaftlich eingesetzt werden• Man unterscheidet den Schrittmotor nachseiner Bauform in:– Reluktanzmagnetschrittmotor– Permanentmagnetschrittmotor– Hybridschrittmotor(Kombination aus beiden)

SchrittmotorReluktanzmagnet-Schrittmotor• Rotor besteht aus einem gezahntenWeicheisenkern• nach Ausschalten des Statorstromesverschwindet das Magnetfeld• Bei eingeschaltetem Strom fließt dermagnetische Fluss durch denWeicheisenkern des Rotors• Drehbewegung des Rotors kommtzustande, weil vom gezahnten Stator dernächstliegende Zahn des Rotorsangezogen wird, da sich so dermagnetische Widerstand verringert

SchrittmotorPermanentmagnetschrittmotor• Stator besteht aus Weicheisen und derRotor aus Dauermagneten, dieabwechselnd einen Nord- und einenSüdpol aufweisen• mit dem Stator-Magnetfeld richtet manden dauermagnetischen Rotor so aus,dass eine Drehbewegung entsteht• da der Reluktanzschrittmotor keinePermanentmagnete enthält, hat er daherim Gegensatz zumPermanentmagnetschrittmotor auch keinRastmoment bei ausgeschaltetem Strom• Anzahl der Pole (und damit dieAuflösung) ist begrenzt

SchrittmotorHybridschrittmotor• vereint die Eigenschaften beiderBauformen• Permanentmagneten wird noch eingezahnter Weicheisenkranz eingefügt• Nahezu alle heute erhältlichenSchrittmotoren sind Hybridmotoren• Als High-Torque Motoren (=hohesDrehmoment) werden häufig Typenbezeichnet, bei denen für den Rotorbesonders starke Seltenerdenmagneteverwendet werden• So lässt sich eine besonders hoheKraftdichte erzielen• Typische Anwendungsgebiete sindDrucker

Zündspule• erzeugt aus der bordeigenen 12 VSpannung eine Hochspannung von ca.15.000 bis 30.000 V zu erzeugen• Hochspannung wird für dieFunkenstrecke an der Zündkerzebenötigt• Zündspule hat drei Anschlüsse:– Klemme 1 wird über einenTransistor an Masse angeschlossen– Klemme 15 über das Zündschlossan Plus gelegt– Ausgang 4 führt über denZündverteiler zu den Zündkerzen• Zündkerzen sind über die Funkenstreckemit Masse verbunden• öffnen und Schließen desPrimärstromkreises induziert imSekundärkreis die Hochspannung• heutzutage wird oft für jede Zündkerzeeine separate Zündspule gleich an denZündkerzenschuh montiert• (Einzelfunken-Zündspule)• dies erhöht Ausfallsicherheit

Quellenverzeichnis• Tabellenbuch Fahrzeugtechnik (Holland & Josenhans)• Kraftfahrzeugtechnisches Taschenbuch• Kraftfahrzeug-Technologie (Holland & Josenhans)• Kraftfahrzeugtechnik (Europa)• Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik (Europa)• www.wikipedia.org• www.kfz-tech.de• www.zawn.besensor.de• www.bc-systemtechnik.de• Bosch• Beru• Siemens VDO• Feingerätebau TU München