Präzise Motorsteuerung: So funktionieren Nocken- & Kurbelwellensensoren

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Nockenwellen- und Kurbelwellensensoren
Nockenwellen- und Kurbelwellensensoren

Die mechanische Synchronisation von Kurbelwelle und Nockenwelle ist für den Betrieb eines Verbrennungsmotors von größter Bedeutung. Mit der Einführung des grundlegenden Motormanagements und der transistorgesteuerten Zündung wurde die Anzahl der beweglichen Teile reduziert, um genauere Messungen zu ermöglichen. Die Entwicklung der Festkörperelektronik verbesserte sich, was auch den Einsatz von Kurbelwellen- und Nockenwellensensoren bedeutete.

Diese Sensoren messen die Geschwindigkeit und Position von Nocken- und Kurbelwelle. Ihr Signal wird vom Motorsteuergerät verarbeitet, um die Exaktheit der Zündung und der Kraftstoffsteuerung zu optimieren. Es gibt zwei Sorten von Sensoren: Hallgeber und Induktivgeber. Ihre Funktionsweise ist grundsätzlich ähnlich.

Induktivgeber – auf die Windungen kommt es an

Während des Betriebs erzeugt der Induktivgeber durch die induktive Wirkung in der Spule des Sensors eine oszillierende Spannung. Wenn das ferromagnetische Zündrad (mit Zähnen) nahe genug am Weicheisenkern des Sensors vorbeifährt, wird das die Spule umgebende Magnetfeld verändert. In der Spule entsteht eine Spannung, die proportional zur Stärke und Änderungsrate des Magnetfeldes ist. Für jeden Zahn, der am Sensor vorbeigeht, wird eine komplette Schwingung erzeugt.

Das vom Sensor erzeugte Wechselspannungssignal hängt von der Drehzahl des Zündrades und der Anzahl der Windungen in der Spule ab. Beim Anlassen des Motors ist mit einer Ausgangsspannung zwischen 1 und 2 Volt zu rechnen, mit zunehmender Motordrehzahl wird diese jedoch höher ausfallen. Das erzeugte Ausgangsspannungssignal ist energiearm und kann daher leicht durch stärkere externe Signale, zum Beispiel die Zündung, beeinträchtigt werden.

Nockenwellensensor

Hallgeber – zur Erkennung von Fehlzündungen

Der Hallgeber verfügt über eine integrierte Schaltung, die sich zwischen dem Rotor und einem Permanentmagneten befindet, der ein Magnetfeld senkrecht zum Hallelement erzeugt. Wenn das Zündrad das spannungsführende Element des Sensors passiert, ändert der Strom das Magnetfeld vertikal zum Hallelement. Dadurch entsteht ein Spannungssignal, das unabhängig von der relativen Geschwindigkeit zwischen Sensor und Zündrad ist. Die integrierte Elektronik im Hallgeber verarbeitet das Signal und sendet es als verstärktes Rechtecksignal aus.

Mit den steigenden Anforderungen des Verbrennungsmotors in puncto Leistung und Emissionen hat sich der Einsatz dieser Sensoren weiterentwickelt. Sie werden zur Berechnung von Einspritzzeit und -dauer, zur Einstellung der Einlassnockenwelle und zur Erkennung von Fehlzündungen eingesetzt. Sie werden auch bei Start-Stopp-Systemen verwendet, um die genaue Position der Kurbelwelle zur Nockenwelle zu bestimmen.

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