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P2.1, 3_Sensoren_Motormanagement

Diagnostiker, P2.1, 3_Sensoren_Motormanagement

Diagnostiker, P2.1, 3_Sensoren_Motormanagement

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C. S.
Study
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.
Flashcards
44
Students
1
Language
German
Category
Mechatronics
Level
Other
Created / Updated
13.04.2026 / 20.04.2026
  • 1  / 44

Cartes-fiches

Nenne 5 Sensorarten im Motormanagement.

  • 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?

  • Spannung
  • Frequenz
  • Stromstärke
  • Widerstand

Was misst der Stauklappen-LMM und wie ist die Funktionsweise? 

  • Luftvolumenstrom
  1. Die angesaugte Luft trifft auf die Stauklappe
  2. Luftstrom drückt die Klappe gegen eine Federkraft
  3.  
  4. Die Klappenstellung wird über ein Potentiometer erfasst
    1.  Umwandlung in eine Spannung
      1. kleiner Luftstrom → hohe Spannung (kleine Last muss genauer gemessen werden)
      2. grosser Luftstrom → tiefe Spannung 
  5. Steuergerät berechnet daraus die Einspritzmenge

Was benötigt ein Stauklappen-LMM zusätzlich? 

  • 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?

  • 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?

  • 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? 

  • 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?

  • weil die Kühlung von Dichte + Geschwindigkeit abhängt

Wozu benötigen wir einen HFM? 

  • Benzin:
    • Hauptsteuergrösse
      • Motorlast pro Drehzahl, welche Einspritzmenge benötigt wird
  • Diesel:
    • Korrekturgrösse
      • Kontrolle des AGR-Ventils
      • Kontrolle/Reduktion des Schwarzrauchs
      • Langzeitadaption
        • Korrektur z.B bei Verrussung des Saugrohrs

Wie können analoge Luftmassenmesser geprüft werden? 

  • 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?  

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  • 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
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Wie ist die Funktionsweise eines Hella Induktiv-Sensorik CIPOS (Induktives Messprinzip)? 

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  • 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?

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  • 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. 

Was ist der Vorteil vom Hallgeber gegenüber Induktivgeber? 

  • Vorteil gegenüber induktivem Sensor?
  • Drehrichtungserkennung bei 2 Hallzellen

Was ist ein Differential-Hall-Sensor? Und was sind die Vorteile?

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  • Es befinden sich zwischen dem Magneten und dem Impulsrad zwei Hall-Sensorelemente.
  • Phasensensor: 
    • Schnellstartgeberrad (2 Spuren) 
    • Doppelhallgeber
    • Hallgeber erzeugen ungleiche Signale
    •  Steuergerät vergleicht die beiden Signale und erkennt, in welchem Zylinder demnächst angesaugt wird
    • sequentielle Einspritzung nach etwa 440° bis 600°C Kurbelwinkel eingeleitet

Wie funktioniert die Einspritzung ohne Nockenwellensensor?

  • Änderung Einspritzmenge und Beobachtung der Drehzahl. 

Wie erkennt das Steuergerät Zündaussetzer?

  • Über Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle.
  • Fehlende Verbrennung = minimer Drehzahlabfall im Arbeitstakt
  • Aufgrund Nockenwellensensor kann definiert werden, welcher Zylinder

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)? 

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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? 

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  • 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
  • Benzineinspritzsysteme Lambda >1 und Diesel: 
    • Vor Kat: 
      • Breitband-Lambdasonde
    • Nach Kat:
      • meist Spannungssprungsonde
      • selbten Breitband-Lambdasonde

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? 

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  • 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

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Wie ist die Funktionsweise einer Breitband-Lambdasonde?

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  • 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?

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  • 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? 

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  • Steckverbindung mit Trimm- bzw. Abgleichwiderstand (viollett)
  • 6 Anschlüsse: 
    • 2x Sondenheizung
    • 3x Nernstzelle und Pumpzelle (gleiche Masse)
    • 1x Abgleichwiderstand

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