P2.1, 3_Sensoren_Motormanagement
Diagnostiker, P2.1, 3_Sensoren_Motormanagement
Diagnostiker, P2.1, 3_Sensoren_Motormanagement
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C. S.
C. S.
Diese Lernkarten vermitteln Grundlagen zu Sensoren im Motormanagement, speziell zu Lambdasonden und deren Funktionsweisen. Sie erklären Messprinzipien, Regelkreise wie Lambda-Adaption und OBD-Prüfungen, sowie Aufbau und Vorteile von Breitband- und Widerstandssonden. Mechaniker und Mechatronik-Studierende profitieren von diesem Wissen, um Abgasprobleme zu diagnostizieren und Motorsteuerungen zu optimieren.
Karten
44
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Mechatronik
Stufe
Andere
Erstellt / Aktualisiert
13.04.2026 / 20.04.2026
Wie funktioniert ein AMR-Sensor (Anisotrop Magneto Resisitve?
- Der elektrische Widerstand von magnetoresistivem Material (AMR) ist anisotrop
- heisst, er hängt von der Richtung des ihm ausgesetzten Magnetfelds ab.
- Sensor sitzt zwischen einem Magneten und dem Impulsrad.
- Die Feldlinien ändern ihre Richtung, wenn sich das Impulsrad dreht.
- Daraus ergibt sich eine sinusförmige Spannung, die in einer Auswerteschaltung im Sensor verstärkt und in ein Rechtecksignal umge wandelt wird.
Wie ist die Funktionsweise von Optoelektronischen-Gebern (Mitsubishi + Nissan Zündverteiler)?
Berechnen Sie die Drehzahl dieses Motors mittels des abgebildeten Signals!
- 1 Umdrehung = 35 ms
- 1 / 0.035s = 28.57 Hz
- 28.57 Hz x 60'' = 1'714 U/min
Was benötigt der Katalysator um zu funktionieren?
- Temperatur = ca. 350°
- Anspringtemperatur (50% Umwandlungsrate)
- Ca. Lambda 1 (neg. / pos. für Umwandlung)
Was versteht man unter einem geschlossenen und einem offnenen Regel-Kreis?
- geschlossener Regelkreis:
- alle am Regelkreis beteiligten Bauteile so miteinander verbunden (angeschlossen) sind, dass eine technische Regelung möglich ist.
- Lambdasonde, der Gemischbildner mit Steuergerät, der elektrische Leitungskreis und der Verbrennungsmotor
- offener Regelkreis:
- mechanische oder eine elektrische Unterbrechung zwischen den einzelnen Bauteilen
- Ausfall der Lambda-Regelung --> Steuegerrät schaltet in Notlauf (ca. Lambda 1)
- Ausnahme offener Regelkreis i.O.
- Kaltstart
- Volllast
- Lambdasonden Ersatzwert = 450mV
Welche zwei Gruppen von Lambdasonden gibt es?
- Fingersonden
- veraltet
- Aufbau: Bestehen aus einem fingerförmigen, innen hohlen Zirkondioxid-Keramikkörper.
- Aufheizzeit: Benötigen länger, um ihre Betriebstemperatur zu erreichen.
- Funktion: Meist als Zweipunkt-Sonde (Sprungsonde) zur genauen Einhaltung von Lambda = 1 im Einsatz
- Planarsonden
- Aufbau: Bestehen aus mehreren keramischen „Folien“ (plättchenförmig), in denen der Heizer und die Messzelle integriert sind.
- Aufheizzeit: Werden sehr schnell betriebsbereit (oft doppelt so schnell wie Fingersonden).
- Emissionen: Durch das schnellere Erreichen der Betriebstemperatur reduzieren sie die Emissionen in der kritischen Kaltstartphase.
- Robustheit: Stabiler aufgebaut durch Schichtbauweise.
Was ist das Ziel der Lambda-Regelung?
- Das Ziel ist die Einhaltung von λ ≈ 1, um die optimale Wirkung des Dreiwegekatalysators sicherzustellen.
- Oxidation (HC / CO)
- Reduktion (NOx)
Was misst die Lambdasonde?
- Den Restsauerstoffgehalt im Abgas.
- Beeinflusst über die Gemischbildung / Verbrennungsqualität im Motor
Welche drei Messarten von Lambdasonden gibt es?
- Spannungssprungsonde (Zirkondioxidsonde) --> aktive Sonde
- Widerstandssprungsonde (Titandioxidsonde) --> passive Sonde
- Breitband-Lambdasonde --> stetige Lambdasonde
Welche Lambdasonden kommen wo zum Einsatz?
- Benzineinspritzsystem mit Lambda = 1
- Vor Kat:
- meist Breitband-Lamdasonde
- Spannungssprungsonde
- Nach Kat:
- meist Spannungssprungsonde
- selten Breitband-Lambdasonde
- Vor Kat:
- Benzineinspritzsysteme Lambda >1 und Diesel:
- Vor Kat:
- Breitband-Lambdasonde
- Nach Kat:
- meist Spannungssprungsonde
- selbten Breitband-Lambdasonde
- Vor Kat:
Wie ist die Funktionsweise eine Spannungssprungsonde?
- Misst das Verhältnis zwischen Aussenluft und Luft im Kat.
- Je höher der Sauerstoff-Unterschied, desto höher die Spannung
- 0.1 V (mager) - 0.9 V (fett)
Wie ist die Messfunktionsweise einer Lambdasonde?
- Partialdruck, Druck zwischen Frischluft und Abgas
- Elektronen über aufgedampfte Platinschicht wollen diffundieren und an äußeren Platinschicht anhaften.
- Durch die Elektronenwanderung wird eine Spannung erzeugt.
- Viel Druckunterschied = hohe Spannung = fettes Gemisch
- Kleiner Druckunterschied = tiefe Spannung = mageres Gemisch
- Genannt wird die Messzelle: NERNST-Zelle
Wie ist die Funktion einer Widerstands-Sonde?
- Widerstands-Lambdasonde (oft als Titandioxidsonde ausgeführt) basiert auf der Änderung ihres elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Restsauerstoffkonzentration im Abgas (keine eigene Spannungserzeugung)
- Die Sonde besteht aus einer speziellen Keramik (meist Titandioxid), deren elektrischer Widerstand sich je nach Sauerstoffgehalt im Abgas ändert.
- Widerstandsänderung:
- Bei Sauerstoffmangel (fettes Gemisch, ) = Widerstand niedrig.
- Bei Sauerstoffüberschuss (mageres Gemisch, ) = Widerstand gross
- STG legt Spannung an um Widerstand und damit Lambda 1 zu bestimmen
Wie ist die Funktionsweise einer Breitband-Lambdasonde?
- Bestehend aus:
- Nernst-Zelle
- Pump-Zelle
- Abgas wird strömt in Pumpzelle, O2 diffundiert, Restsauerstoff wird durch Nernst-Zelle gemessen
- Lambda 1 wird angestrebt
- Anhand Spannung der Nernst-Zelle führt Pumpzelle mehr Sauerstoff (Abgas) zu (Pumpstrom +) oder ab (Pumpstrom -)
- Pump-Strom gilt als Messgrösse für Lambda-Wert
Was ist der Vorteil einer Breitband-Lambdasonde?
- Die Breitbandsonde hat den Vorteil, dass sie den Lambda-Wert über einen grossen Bereich kontinuierlich und sehr genau messen kann.
- Dadurch ist eine präzisere Gemischregelung auch ausserhalb von Lambda 1 möglich, was zu besseren Emissionen und einer optimierten Motorsteuerung führt
Wie erkennst du eine Breitband-Lambdasonde?
- Steckverbindung mit Trimm- bzw. Abgleichwiderstand (viollett)
- 6 Anschlüsse:
- 2x Sondenheizung
- 3x Nernstzelle und Pumpzelle (gleiche Masse)
- 1x Abgleichwiderstand
Was prüft OBD bei Lambda?
- Spannung an den Lambda-Sonden
- Ansprech-/Alterungsverhalten (Reaktionszeit)
- Sonden-Heizung.
Was ist Sondenshift?
- Verschiebung der Spannungskurve der Lambda-Sonde
- Verringerung des Lambda-Fensters
- Schlechtere Abgas-Konvertierung
Was ist die Lambda-Adaption?
- Anpassung der Lambda-Werte an Laufzeit des Motors
- Verkockung
- Verschleiss
- Abnutzung der Edelmetalle
- Wird der Anpassungsbereich verlassen, resultiert ein Abgasfehler
Wie funktioniert ein Stickoxid-Sensor?
- besteht aus der eigentlichen Messsonde und einem dazugehörigen Steuergerät
- Sauerstoff-Stickoxid-Gemisch gelangt nach dem NOX-Speicherkatalysator in den Stickoxidsensor
- 1. Kammer wird aus diesem Gemisch der Sauerstoff mithilfe der 1. Pumpzelle ionisiert und durch den Festelektrolyten ausgeleitet
- (Über den Pumpstrom der 1.Kammer kann ein Lambdasignal abgegriffen werden)
- das verbleibende Stickoxid passiert die 2. Barriere und gelangt in die 2. Kammer des Sensors
- Hier spaltet sich das Stickoxid an einem katalytischen Element in Sauerstoff und Stickstoff auf
- Der so freigesetzte Sauerstoff wird wiederum ionisiert und kann dann den Festelektrolyten passieren.
- Der hierbei auftretende Pumpstrom lässt eine Aussage über die Menge des Sauerstoffs zu und von dieser Menge kann auf den Stickstoffgehalt geschlossen werden. (Da i.d.R. NOx = NO2 / NO3)
- 1. Kammer wird aus diesem Gemisch der Sauerstoff mithilfe der 1. Pumpzelle ionisiert und durch den Festelektrolyten ausgeleitet
Nenne 5 Sensorarten im Motormanagement.
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- optisch
- arbeiten mit Lichtunterbrechung oder Reflexion
- Nockenwellensensor (ältere Systeme mit Lichtschranke)
- Drehzahlsensor bei frühen Einspritzsystemen
- induktiv
- erzeugen Spannung durch Magnetfeldänderung
- Kurbelwellensensor (klassisch, AC-Signal)
- Getriebedrehzahlsensor
- Hall
- erkennen Magnetfeldänderungen digital
- Hallgeber Kurbelwelle / Nockenwelle
- Raddrehzahlsensor (ABS, teilweise MR-Sensor)
- piezo
- erzeugen Spannung durch Druck / Vibration
- Klopfsensor
- Drucksensor in Einspritzsystemen (teilweise piezoresistiv)
- Widerstand
- Widerstand ändert sich mit Temperatur oder Position (NTC/PTC)
- Kühlmitteltemperatursensor (NTC)
- Ansauglufttemperatursensor
- Drosselklappenpotentiometer
- galvanisch
- erzeugen Spannung durch chemische Reaktion
- Lambdasonde (Sprungsonde)
- Breitband-Lambdasonde (mit zusätzlicher Regelung)
Welche Signalarten gibt es?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Spannung
- Frequenz
- Stromstärke
- Widerstand
Was misst der Stauklappen-LMM und wie ist die Funktionsweise?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Luftvolumenstrom
- Die angesaugte Luft trifft auf die Stauklappe
- Luftstrom drückt die Klappe gegen eine Federkraft
- Die Klappenstellung wird über ein Potentiometer erfasst
- Umwandlung in eine Spannung
- kleiner Luftstrom → hohe Spannung (kleine Last muss genauer gemessen werden)
- grosser Luftstrom → tiefe Spannung
- Umwandlung in eine Spannung
- Steuergerät berechnet daraus die Einspritzmenge
Was benötigt ein Stauklappen-LMM zusätzlich?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Kompensationsklappe
- dämpft Schwingungen der Stauklappe
- verhindert Flattern → weniger Verschleiss
- Ansauglufttemperatursensor (NTC)
- misst Lufttemperatur
- wichtig für Gemischberechnung
- Bypass / Leerlaufeinstellung
- ermöglicht Gemischanpassung im Leerlauf
Wie funktioniert ein Karman-Vortex LMM?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Der Karman-Vortex Luftmengenmesser erzeugt durch einen Wirbelkörper im Luftstrom periodische Luftwirbel.
- Die Frequenz dieser Wirbel wird mittels Sensor erfasst und ist proportional zur Luftmenge.
- Das Steuergerät berechnet daraus unter Berücksichtigung von Temperatur und Druck die Luftmasse.
- (Japan: Toyota)
Was sind Vor- und Nachteile des Karman-Vortex LMM?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Vorteile:
- kein mechanischer Verschleiss
- geringer Strömungswiderstand
- robustes Signal (Frequenz nicht anfällig auf Spannungsabfall)
- Nachteile:
- misst nur Volumen
- Zusatzsensoren nötig
Was ist der Unterschied vom Hitzdraht- und Heissfilm-Luftmassenmesser? Worin liegen die Vor- und Nachteile?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Hitzdraht:
- Der Hitzdraht-Luftmassenmesser misst die Luftmasse über die Kühlung eines beheizten Platindrahts (100° über Umgebungstemperatur).
- Die Elektronik hält die Temperatur konstant und der benötigte Heizstrom ist proportional zur Luftmasse.
- Hitzdraht muss mit 1000° freigebrannt werden, wegen Verunreinigung
- Heissfilm:
- Der Heissfilm-Luftmassenmesser arbeitet nach dem gleichen Prinzip (160° über Umgebungstemperatur)
- verwendet jedoch ein robustes Sensorelement auf Keramikbasis und ist weniger verschmutzungsempfindlich.
- Moderne Systeme können zusätzlich die Strömungsrichtung erkennen.
Warum misst der HLM/HFM direkt die Luftmasse?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- weil die Kühlung von Dichte + Geschwindigkeit abhängt
Wozu benötigen wir einen HFM?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Benzin:
- Hauptsteuergrösse
- Motorlast pro Drehzahl, welche Einspritzmenge benötigt wird
- Hauptsteuergrösse
- Diesel:
- Korrekturgrösse
- Kontrolle des AGR-Ventils
- Kontrolle/Reduktion des Schwarzrauchs
- Langzeitadaption
- Korrektur z.B bei Verrussung des Saugrohrs
- Korrekturgrösse
Wie können analoge Luftmassenmesser geprüft werden?
Tastatur-Befehle:
= drehen,
= vor-/rückwärts,
= scrollen
- Voltmeter oder Osziloskop
- Null-Luft-Spannung muss zwischen 0,98 V und 1,02 V
Was gibt es für Drucksensoren, um das Motomanagment zu unterstützen?
- Mikromechanische Drucksensoren
- Saugrohrdrucksensor
- Umgebungsdrucksensor
- Ladedrucksensor
- Kraftstoffdrucksensor
- Öldrucksensor
- Hochdrucksensoren
- Kraftstoffdruck
- Bremsdruck
Können Hochdrucksensoren und Niederdrucksensoren untereinander getauscht werden?
- Nein, da jeder Drucksensor nur in einem bestimmten Bereich sehr genau messen kann.
- Das würde zu verfälschten Druckwerten führen
Was ist der Piezo-Effekt und wo werden diese Sensoren eingesetzt?
- Piezoelektrisch (ohne Ruhespannung)
- Injektoren (Spannungsgesteuert)
- Sensoren (Spannungsquelle)
- Klopf
- Drehraten
- Beschleunigung
- Pizeo-Dehnessstreifen (mit Ruhespannung, Whestonische Brücke)
- Saugrohdrucksensor
- Atmosphärendrucksensor
- Kraftstoffdrucksensor
- Klimaanlagen-Drucksensor
- Bremsdrucksensor
Was sind die Auswirkungen eines Signalausfalls beim einem Fahrpedalgeber?
- Funktion:
- Der Fahrpedalgeber erfasst die Pedalstellung über meist zwei redundante Sensoren und wandelt diese in Spannungssignale um.
- Das Steuergerät prüft die Plausibilität der Signale und steuert entsprechend die Motorleistung.
- Signalarten:
- Potentiometer (älter)
- Hall-Sensor (heute Standard)
- Redundanz:
- linear + invertiert
- oder 2 unterschiedliche Kennlinien
- Signalausfall:
- 1. Signalabweichung
- Notlauf aktiv
- reduzierte Motorleistung
- Motorkontrollleuchte (MIL)
- 2. Totalausfall
- Motor nimmt kein Gas mehr an!
- Notlauf
- MIL aktiv
- 1. Signalabweichung
Wie ist die Funktionsweise eines Hella Induktiv-Sensorik CIPOS (Induktives Messprinzip)?
- Stator setzt sich aus planaren Erreger- und Empfangsspulen sowie einer Auswert elektronik zusammen
- Rotor ist allein aus Leiterschleifen in einer be stimmten Geometrie aufgebaut
- Funktion:
- Durch Anlegen einer Wechselspannung an der Sendespule wird ein Magnetfeld erzeugt, welches in den Empfangsspulen Spannungen induziert
- In Abhängigkeit von der Stel lung des Rotors zu den Empfangsspulen im Stator werden unterschiedliche Spannungsamplituden erzeugt.
Wie funktioniert ein potentiometrischer Fahrpedalgeber?
- Er wandelt die Pedalstellung in eine Spannung um, welche vom Steuergerät in den Pedalweg umgerechnet
- Dabei ist ein zweiter Sensor integriert um eine Redudanz zu schaffen.
Wie kann die Redundanz realisiert werden?
- Zweites Potentiometer mit Kennlinie
- Parallel verlaufend
- unliniear verlaufend
- gegenläufig
Wie funktioniert ein induktiver Drehzahlsensor?
- Sensor besteht aus:
- Dauermagnet, Weicheisenkern, Spule
- Impulsrad dreht sich davor
- 1. Zahn nähert sich dem Sensor
- Luftspalt wird kleiner
- Magnetfluss nimmt zu
- Spannung steigt
- 2. Zahn steht vor Sensor
- Max. Magnetfluss
- keine Änderung mehr
- Spannung = 0V
- 3. Zahn entfernt sich
- Luftspalt wird wieder grösser
- Magnetfluss nimmt ab
- Spannung wird negativ
Wie viele Grad entspricht ein Zahn?
- Zahnkranz hat 60 Zähne - 2 Zähne (OT-Bezugmarke) = 58 Zähne
- 360° / 60 = 6° KW
- Bezugsmarke ca. 60° vor OT aufgrund Rechenverzug STG
Was ist der Hall-Effekt?
- Ablenkung von Elektronen im Magnetfeld → Spannung entsteht.
- Es Aufgrund einer integrierten Auswertelektronik wird ein verstärktes Rechtecksignal ausgegeben.
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Lernkarten
Was prüft OBD bei Lambda?
- Spannung an den Lambda-Sonden
- Ansprech-/Alterungsverhalten (Reaktionszeit)
- Sonden-Heizung.
Was ist Sondenshift?
- Verschiebung der Spannungskurve der Lambda-Sonde
- Verringerung des Lambda-Fensters
- Schlechtere Abgas-Konvertierung
Was ist die Lambda-Adaption?
- Anpassung der Lambda-Werte an Laufzeit des Motors
- Verkockung
- Verschleiss
- Abnutzung der Edelmetalle
- Wird der Anpassungsbereich verlassen, resultiert ein Abgasfehler
Wie funktioniert ein Stickoxid-Sensor?
- besteht aus der eigentlichen Messsonde und einem dazugehörigen Steuergerät
- Sauerstoff-Stickoxid-Gemisch gelangt nach dem NOX-Speicherkatalysator in den Stickoxidsensor
- 1. Kammer wird aus diesem Gemisch der Sauerstoff mithilfe der 1. Pumpzelle ionisiert und durch den Festelektrolyten ausgeleitet
- (Über den Pumpstrom der 1.Kammer kann ein Lambdasignal abgegriffen werden)
- das verbleibende Stickoxid passiert die 2. Barriere und gelangt in die 2. Kammer des Sensors
- Hier spaltet sich das Stickoxid an einem katalytischen Element in Sauerstoff und Stickstoff auf
- Der so freigesetzte Sauerstoff wird wiederum ionisiert und kann dann den Festelektrolyten passieren.
- Der hierbei auftretende Pumpstrom lässt eine Aussage über die Menge des Sauerstoffs zu und von dieser Menge kann auf den Stickstoffgehalt geschlossen werden. (Da i.d.R. NOx = NO2 / NO3)
- 1. Kammer wird aus diesem Gemisch der Sauerstoff mithilfe der 1. Pumpzelle ionisiert und durch den Festelektrolyten ausgeleitet
