Moin,
so dann wollen wir mal mit dem nächsten Thema:
Motorsteuerung und Emission Control - Teil 1: Überblick und Sensoren
Der 1GR-FE im J7 ist gleich mit mehreren Systemen und Technologien ausgestattet, um eine sehr genaue und vollintegrierte Kontrolle über die Motorsteuerung zu erreichen.
Damit wird eine hohe Performance, Hohe Leistungsfähigkeit bei einer hohen Kraftstoffeffizienz und reduzierten Emissionen erreicht.
Teilweise kennen wir die genutzten Systeme schon aus den letzten Beiträgen:
- gesteuert Kraftstoffpumpe
- die elektronisch gesteuerte Drosselklappe (ETCS-i)
- das Single-VVTi zur Steuerung der Ventilzeiten
- das ACIS zur Optimierung der "Länge" des Ansaugtrakts
Nun kommen da bis zum kompletten Ablauf der Motorsteuerung noch weitere Systeme/Teile hinzu:
- Die Sequentielle Mehrpunkteinspritzung (Sequential Multiport Fuel Injection - SFI)
- Der Luftmassenmesser im Ansaugtrakt
- Die elektronische Zündzeitpunktsteuerung (Electronic Spark Advance - ESA)
- Die Abschaltung der Klimaanlage über die ECU
- Das Brake Override System
- Die Wegfahrsperre (nicht bei allen Modellen)
- Sensoren im Abgastrakt Lambda Sonde und Sauerstoffsonde
Ebenso gibt es für die Motorsteuerung 2 ganz Essentielle Dinge, auch wenn man sie eigentlich nicht nutzen will:
- Diagnose
- Fail-Safe (Um auch bei Ausfall von teilen der Steuerung noch weiter fahren zu können.
Wir ihr sicher nun merkt schließt sich hier der Kreis zu den vorbeiträgen - und es zeigt sich das es nun ans eingemachte geht und der Artikel noch länger wird, ich ihn deshalb auch versuche etwas aufzuteilen.
Ich fange mal an mit einer Übersicht der ganzen Module und Sensoren samt Verbauposition, Beschreibung und Funktionsweise (vereinfacht, bei Detailwünschen einfach fragen!):
Motorsteuerungs-Haupteinheit (ECU oder ECM genannt):
Diese ist in der Spritzwand Beifahrerseitig nahe dem Kotflügel verbaut, und quasi "von der Motorraumseite in die Spritzwand gesteckt" und dann verschraubt.
Sie ist die Zentrale der Motorsteuerung, quasi der "Hauptrechner". Hier laufen alle Signale Zusammen und die Steuerbefehle werden an die umliegenden Systeme/Komponenten verteilt.
Die ECM ist von Denso - und die Software kann "geflashed" werden.
Alle Steckanschlüsse sind Wasserdicht vergleichbar zu IP67 ausgeführt, die Stecker an der ECM selbst sind mit Hebeln verriegelt.
Es handelt sich um 2 große Stecker, einmal mit 60 Kontakten, einmal mit 126 Kontakten.
Ich verzichte hier auf die Auflistung jedes einzelnen Kontakts - mache aber gerne das Angebot dazu auf Nachfragen nachzuschauen.
Luftmassenmesser inkl. Temperatursensor:
Dieser ist kurz hinter dem Luftfilterkasten verbaut.
Er basiert auf dem "Hitzdraht" Messverfahren, es wird ein Platin Draht als Messdraht verwendet.
Die vereinfachte Wirkungsweise ist, das der Draht durch einen Stromfluss erhitzt wird und sich der Widerstand aufgrund der Erhitzung verändert.
Durch die vorbeiströmende Luft wird er "abgekühlt".
Nun kann man aus dem Widerstand in Verbindung mit dem aufzubringenden Strom für die Erhitzung, der Umgebungstemperatur und dem bekannten Durchmesser des "Rohrs" in dem der Sensor verbaut ist, die Luftmenge und Dichte berechnen.
Zusätzlich ist ein normaler Temperatursensor verbaut, der die Ansaugtemperatur ausgibt.
Der Stecker zum Sensor hat 5 Kontakte, auch er ist vergleichbar zu IP67 abgedichtet.
Lambdasensor:
Im englischen "Air Fuel Ratio Sensor".
Ist zweimal vorhanden, einmal pro Abgasstrang, da er an dieser Stelle noch für je 3 Zylinder separat geführt ist.
Er ist kurz hinter der Zusammenführung des Abgaskrümmers verbaut, vor dem ersten Katalysator.
Sie ist als Planar/Flachtyp mehrschichtig gebaut, und mit Zirconium als Sensorelement als Breitbandlambdasonde ausgeführt. Die Sonde ist zusätzlich beheizt.
Die Funktionsweise dieser "Nernstsonde", nach dem Erfinder benannt, ist hier bei Wikipedia (
https://de.wikipedia.org/wiki/Lambdasonde) sehr gut erklärt.
Kurzform: Das Zirkoniumdioxid "transportiert" ab circa 350° (daher ist es beheizt) den Sauerstoff und erzeugt dadurch eine Spannung zwischen den aussenliegenden Kontakten. Dieser "Transport" findet zwischen "Sauerstoffreferenz" (Aussenluft oder Referenzgas) und Abgasstrom statt, die Zirkoniumschicht der Sonde hat also "Kontakt" zu beidem.
Diese Spannung lässt eine Berechnung des "Restsauerstoffs" bzw. des "Sauerstoffmangels (Transport in die andere Richtung) zu.
Der Anschluss ist 4 Polig, wobei hier 2 Signalleitung geschirmt sind.
Der Stecker befindet sich nicht direkt an der Sonde, sondern ist aufgrund der Einbauposition und Hitzeentwicklung am Abgasstrang per hitzebeständigem Kabel herausgeführt.
Sauerstoffsensor (oder auch Lambdasonde 2):
Im englischen "Oxygen Sensor".
Ist zweimal vorhanden, einmal pro Abgasstrang, da er an dieser Stelle noch für je 3 Zylinder separat geführt ist.
Er ist kurz hinter dem ersten Katalysator verbaut.
Funktionsweise ist gleich zur Lambdasonde, aber hier wird ein "Stift"/"Becher" Typ verwendet also eine Runde, stiftförmige Bauform.
Der Anschluss ist 4 Polig, wobei hier 1 Signalleitung geschirmt ist.
Der Stecker befindet sich nicht direkt an der Sonde, sondern ist aufgrund der Einbauposition und Hitzeentwicklung am Abgasstrang per hitzebeständigem Kabel herausgeführt.
Drosselklappe mit Drosselklappensensor:
Sitzt vorne oben am Motor.
Besteht aus einer elektronisch verstellbaren Drosselklappe und aus einem Positionssensor.
Die verstellbare Drosselklappe regelt die Luftzufuhr zum Motor, sie wird über einen elektrischen Antrieb bewegt.
Die Position wird über einen Berührungslosen HALL Sensor abgefragt. Funktionsweise ist dabei grob eine Magnetfeldänderung bei Drehung der Welle an der die Klappe aufgehangen ist.
Vorteil eines Hall Sensors ist, das er - im Gegensatz zu einem Potentiometer - berührungslos arbeitet.
Er gibt 2 "Positionssignale" parallel aus, die auf unterschiedlichen Werten liegen. Diese beiden Werte werden in der ECM ausgewertet und erlauben so automatisch auch die Validitätsprüfung der Werte.
Das wird uns noch an anderen Stellen begegnen - es ist auch teil der Fail-Safe Funktionen.
Die Einheit hat einen 6 Poligen Stecker, wieder Wasserdicht vergleicbar zu IP67, direkt am Gehäuse, 2 der Leitungen sind geschirmt (Ansteuerung der Drosselklappensteuerung).
Nockenwellensensor:
Wie der Name schon sagt, wird damit die Position der Nockenwelle gemessen.
Genauer die Verstellung durch das VVTi.
Es ist ein Sensor pro Zylinderbank verbaut, also 2 Sensoren.
Diese sitzen vorne, innen im "V" und sind mit je einer Schraube befestigt.
Es ist ein Magnetoresistiver Sensor, der eine Magnetfeldänderung der am Sensor vorbeilaufenden Scheibe auf der Nockenwelle mit spezieller Form (Scheibe mit Ausbuchtungen) erfasst, und damit sehr präzise die Position und die Drehzahl erkennen kann. pro 2 Umdrehungen gibt es damit 3 HIGH Impulse und 3 LOW Impulse. Es ist damit also jede drittel Umdrehung exakt messbar bzw. die Position sehr exakt bestimmbar.
Die Messung erfolgt durch das Magnetprinzip berührungslos.
Der Stecker direkt am Sensor hat 2 Kontakte, er ist auch wieder abgedichtet, ähnlich IP67.
Kurbelwellenpositionssensor:
Der sitzt echt ein wenig doof, Fahrerseitig seitlich im Motorgehäuse auf Höhe der Kurbelwelle - allerdings kommt man da nur dran wenn man den Klimakompressor abbaut.
Auf der Kurbelwelle sitzt eine Zahnscheibe mit 34 Zähnen und dann 2 Zähen "Pause".
Die 2 "fehlenden" Zähne stehen für eine exakte Position, damit die ECU darüber "erkennt" wie die zylinderreihenfolge steht, um darüber die richtigen Zündimpulse zu geben.
Das Funktionsprinzip ist auch hier ein Magnetoresistiver Sensor, nur eben mit deutlich mehr Impulsen pro Umdrehung.
Es ist damit eine Erfassung der Position jeden Drehwinkel von 10° exakt möglich.
Auch hier wieder ein abgedichteter Stecker, ähnlich IP67, mit 2 Kontakten.
Klopfsensor:
Es sind 2 Klopfsensoren verbaut, einer pro Zylinderbank.
Er ist jeweils über einem Stehbolzen recht Mittig der Zylinderbank innerhalb des "V" angebracht.
Da die Sensoren für beide Zylinderbänke sich im V gegenüberliegen, hat Toyota die Einbaurichtung, also wohin der Stecker zeigt vorgegeben. Auf der Beifahrerseitigen Bank schaut der Stecker nach hinten, auf der Fahrerseitigen Bank nach vorne. Damit ist es dann eindeutig welches Kabel zu welchem Sensor muss, da die Kabel auch entsprechend so zugeführt sind.
Es ist ein "Flat-Type" Sensor verbaut, der gegenüber einem konvetionellen Sensor einen breiteren Frequenzbereich erkennen kann (6khz bis 15khz).
So ein Klopfsensor ist eigentlich nichts anders als ein Vibrationssensor.
Ein Stahlgewicht im Sensor bewegt sich über einem Piezoelement und erzeugt durch die Schwingung ein Signal.
Dieses wird dann ausgewertet.
Der Klopfsensor hat einen eingebauten Wiederstand, der dazu dient zu erkennen ob der Sensor korrekt angeschlossen ist.
Der Sensor hat auch wieder direkt einen Stecker, auch hier wieder wasserdicht.
Kühlmittel-Temperatursensor:
Ein einfacher Temperatursensor, sitzt mittig im V im Motorblock, recht weit hinten.
Stecker mit 2 Kontakten, auch Wasserdicht.
Echt nix weiter als ein Temperaturfühler
Zündspulen:
Es sind Zündspulen direkt auf den Zündkerzen verbaut, nennt sich dann DIS - Direct Ignition System.
Daher gibt es davon 6 Stück.
Dies sind elektronisch gesteuerte und überwachte Zündspulen.
Im inneren befinden sich 2 Spulen an einem Eisenkern, um aus den 12V eine Hochspannung zu erzeugen.
Diese wird dann durch einen "Zündimpuls" auf die Zündkerze übertragen.
Die Zündung wird überwacht - es können also "ausbleibende" Zündfunken erkannt werden.
Anschluss erfolgt hier auch über Stecker direkt an den Zündspulen, 4 Polig, Wasserdicht.
Die Kabel zu diesen Zündspulen sind sowohl farblich markiert (je Bank haben die äußeren Zylinder die gleiche Steckerfarbe, der mittlere Zylinder hat eine andere Farbe), zudem sind die Kabel so geführt das ein vertauschen eigentlich nicht möglich ist.
Gaspedal:
Das Gaspedal hat hoffentlich jeder selbst gefunden
Auch hier handelt es sich nur um einen Sensor - es ist als "Drive by Wire".
Funktionsweise ist hier auch auf Basis eines HALL Sensors. genauer gesagt auf Basis von 2 dieser Sensoren.
Denn das Gaspedal erzeugt 2 Ausgangssignale die in einem gewissen verhältnis stehen.
Das wird von der ECM ausgewertet und überwacht, um sicherzugehen das die Position auch valide ist und das Signal nicht gestört wird.
Stecker hier auch Wasserdicht (einer der wenigen Wasserdichten Stecker im Inneraum), 6 Polig.
Drucksensor Servopumpe
Ein einfacher Druckschalter, der überwacht ob die Servopumpe Druck aufbaut.
Nicht wirklich wichtig für den Motorlauf, wird aber auch von der ECM ausgewertet, daher hier auch erwähnt.
Hat einen 1 Poligen Wasserdichten Stecker, wird einfach auf Masse gezogen.
Sodale, das sind grob die Sensoren am und um den Motor drumherum.
Diese bilden die Basis für jegliche Regelung.
Hinzu kommen dann noch ein paar Ventile für Steuerungen (VVTi, ACIS, Tankentlüftungs-Purge-Valve (Teil der Emission Control).
Denen widme ich mich dann morgen in "Motorsteuerung und Emission Control - Teil 2: Ventile und Grundlegende Regelung".
Es folgt dann noch in den nächsten Tagen:
"Motorsteuerung und Emission Control - Teil 3: Emission Control"
"Motorsteuerung und Emission Control - Teil 4: Diagnose"
"Motorsteuerung und Emission Control - Teil 5: Fail-Safe"
"ABS, TRC und VSC - inkl. Interaktion mit der Motorsteuerung"
...
Und danach gibts bestimmt noch weitere Themen wenn Interesse besteht.
Gerne Vorschläge oder Fragen.
Broesel
