MPI-System

MPI-System
Kapitel 2
Aufbau und Funktion des MITSUBISHI
MPI-Systems
u Sensoren
u Steuergerät
u Stellantriebe:
- Kraftstoffsystem
- Einspritzsteuerung
- Zündzeitpunktsteuerung
- Automatische Leerlaufdrehzahlregelung
- ON-BOARD-Diagnose
- Notlauf- und Schutzfunktionen
- Wiederholungsfragen
1
MPI-System
Kapitel 2
Aufbau und Funktion des MITSUBISHI MPI-Systems
ALLGEMEINES
Steuerungen
Stellglieder
Kraftstoffpumpe
1. KRAFTSTOFFDRUCKSTEUERUNG
Kraftstoffdruckregler
Drosselklappe
Drehzahleinstellschraube
2. ANSAUGLUFTREGELUNG
SchnellLeerlaufluftventil
Leerlaufstellmotor
3. KRAFTSTOFFEINSPRITZ-
Einspritzdüsen
STEUERUNG
4. LEERLAUFDREHZAHLREGELUNG
5. STROM-
Sensoren
MotorSteuereinheit
Steuerrelais
VERSORGUNGSSTEUERUNG
6. ZÜNDZEITPUNKTSTEUERUNG
7. KLIMAANLAGENRELAISSTEUERUNG
2
Leistungstransistor
Klimaanlagenrelais
MPI-System
Kapitel 2
Systemübersicht: Beispiel Galant EA0
Sensoren
Stellglieder
u1
Einspritzdüse
Luftmassenmesser
u2
Spülluftsteuer-Magnetventil
*3
Ansauglufttemperatursensor
u3
Leerlaufdrehzahlsteuerservo
*4
Drosselklappensensor
u4
Abgasrückführungssteuer-
*5
Leerlaufschalter
*6
Nockenwellensensor
--------------------------------------------
(OT-Sensor)
l
Kraftstoffpumpenrelais
*7
Kurbelwinkelsensor
l
Steuerrelais
*8
Atmosphärendrucksensor
l
Klimaanlagen-Leistungsrelais
*9
Kühlmitteltemperatursensor
l
Motorwarnleuchte
*10
Klopfsensor
l
Diagnosesignal
*11
Lambda-Sonde (hinten)
l
Zündspule, Leistungstransistor
--------------------------------------------
l
Ventilatorregler
l
Stromversorgung
l
Lichtmaschinenklemme G
l
Fahrgeschwindigkeitssensor
l
A/T ECU (Kommunikation)
l
Klimaanlagenschalter 1, 2
l
Anlasssperrschalter
l
Servolenkungsöldruckschalter
l
Zündschalter-ST
l
Zündschalter-IG
l
Lichtmaschinenklemme-FR
l
A/T ECU (Kommunikation)
*1
Lambda-Sonde (vorne)
*2
ECU
Magnetventil
3
MPI-System
Kapitel 2
Systemübersicht: Beispiel Galant EA0
Beim MPI-System kann eine weitaus präzisere Berechnung der einzelnen
Ausgangssignale erfolgen, da bedeutend mehr Sensorsignale verwendet werden.
Angesteuert werden:
- Aktivkohlebehältersystem
- Kraftstoffpumpe
- Zündzeitpunktsteuerung (Kennfeldzündung)
- Klimaanlagenrelais, teilweise Ventilatorsteuerung
- Leerlaufdrehzahlregelsystem
- Einspritzdüsen
- Abgasrückführungssystem (teilweise)
4
MPI-System
Kapitel 2
SENSOREN
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
Nachfolgend sind die Sensor-Typen und Ihre Funktionen aufgeführt. Diese Sensoren stellen
Motor-Bedingungen fest und senden die entsprechenden Signale an die Motor-Steuereinheit.
SENSOREN
FUNKTION
LUFTMASSENMESSER
Stellt die Ansaugluftmasse nach dem KarmanVortex-Prinzip fest.
UNTERDRUCKSENSOR
(VACUUMSENSOR)
Erfasst den Saugrohrunterdruck bei allen 1,3 l MPI
+ 1,6 l MPI Space Star (Wegfall Luftmassenmesser
und Atmosphären-drucksensor)
ANSAUGLUFTTEMPERATURSENSOR
Stellt die Temperatur der Ansaugluft fest (am
Eintritt in den Luftfilter).
ATMOSPHÄRENLUFTDRUCKSENSOR
Stellt den Barometerdruck (Meereshöhe) mit einem
Halbleiter-Diffusions-Drucksensor fest.
KÜHLMITTELTEMPERATURSENSOR
Stellt die Kühlmitteltemperatur mit Hilfe eines
Thermistors fest.
DROSSELKLAPPEN-SENSOR
Stellt den Öffnungswinkel der Drosselklappe mit
einem Potentiometer fest.
MOTORPOSITIONS-SENSOR
Erkennt die Stellung des Leerlaufstellmotors
LEERLAUFSCHALTER
Stellt fest, ob der Motor im Leerlauf oder im
Lastzustand läuft.
OT-SENSOR
Stellt den oberen Totpunkt des
Kompressionstaktes in Zylinder 1fest.
KURBELWINKELSENSOR
Stellt den Kurbelwinkel für jeden Zylinder fest.
(Drehzahlinformation)
LAMBDA-SONDE
Stellt den Sauerstoffgehalt in den Abgasen mit Hilfe
von Zirkondioxid- und Platin-Elektroden fest.
FAHRGESCHWINDIGKEITSSENSOR
Stellt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges fest.
ANLASSSPERRSCHALTER
FZG. MIT A/T
Erkennt die Stellung des Wählhebels
KLIMAANLAGENSCHALTER
Stellt fest, ob die Klimaanlage eingeschaltet ist.
SERVOLENKUNGSÖLDRUCKSCHALTER
Stellt die Lenkkraft mit einem Kontaktschalter fest.
Stellt die Ein/Aus-Position des Zündschalters fest.
ZÜNDSCHALTER
Stellt das Starten des Motors fest.
ZÜNDZEITPUNKTEINSTELLKLEMME*
* HINWEIS:
Wenn diese Klemme an Masse geschlossen wird,
werden der Zündzeitpunkt- und Leerlauf-Stellmotor
durch die Motor-Steuereinheit auf ein
Einstellprogramm geschaltet.
Ab ´96 entfällt bei einigen Modellen die Zündzeitpunktklemme. Mit dem
MUT kann im Stellantriebsprogramm dieser Prüfpunkt aktiviert werden.
5
MPI-System
Kapitel 2
Sensoren
Luftmassenmesser
Zusammen mit der Motordrehzahl ist der Luftmassenmesser das wichtigste
Sensorsignal zur Berechnung der Motorlast.
1.
Luftmassenmessung mittels Ultraschall
(Beispiele: Colt/Lancer C50, Galant E30 u.a.)
Prinzipdarstellung
Der Luftmassenmesser
arbeitet bei MITSUBISHI
grundsätzlich nach dem
Karman-Vortexverfahren. In
dieser Ausführung wird das
Ultraschallwellensignal durch
die Luftwirbel verändert.
Der Luftmassenmesser besteht aus den folgenden Teilen:
u
u
u
u
u
Gleichrichter: Richtet den Luftstrom aus, der durch den Luftfilter eingelassen
wurde.
Vortex-Erzeugersäule: Dient zur Erzeugung der Karman-Vortex-Luftwirbel.
Sender: Strahlt Ultraschallwellen aus.
Verstärker: Verstärkt die Ultraschallwellen.
Modulator: Wandelt die empfangenen Ultraschallwellen in elektrische Impulse
um.
6
MPI-System
Kapitel 2
Funktion:
Karman Vortex
Eine dreieckige Säule in einem Luftstrom
erzeugt regelmäßige Wirbel auf jeder Seite
der Säule. Diese Wirbel werden als
„Karman-Vortex“ bezeichnet.
Die Anzahl der erzeugten Wirbel ist
proportional zu der Luftmasse in einer
gegebenen Zeiteinheit; je höher die
Strömungsgeschwindigkeit um so mehr
Wirbel werden erzeugt.
Wenn daher mehr Luft angesaugt wird,
erzeugt der Modulator mehr Impulse,
wogegen bei geringerer Luft weniger
Impulse erzeugt werden.
Anhand dieses Prinzips misst der
Luftmassenmesser die einströmende
Ansaugluft. Die Anzahl der Impulse wird von
der MPI-Steuereinheit erfasst.
Mit dem MUT (Multi-Use-Tester) kann die
Anzahl der Impulse als Frequenz (Herz)
ausgelesen werden.
7
MPI-System
2.
Kapitel 2
Luftmassenmessung mit Piezo-Drucksensor
Beispiel:
Sigma, Pajero ab ´92 und nachfolgende Modelle
Wie bei der Luftmassenmessung mittels Ultraschall werden auch bei diesem Verfahren
nach dem Prisma Karman Wirbel erzeugt.
Strömt ein solcher Wirbel an den Öffnungen des Drucksensors vorbei, erhöht sich der
Druck auf dieser Sensorseite. Da das Prisma leicht versetzt in den Luftstrom eingebaut
ist, treffen diese sich gegenläufig drehende Wirbel zeitlich verschoben auf die
entsprechenden Kanäle.
Die Wirbelbildung erhöht sich linear mit der angesaugten Luftmasse (Luftmenge +
Luftdichte). Das im Sensor (Piezo-Kristall) entstandene Signal wird im
Luftmassenmesser zu einem Rechtecksignal aufgearbeitet und zur Motorsteuereinheit
geleitet.
Außerdem wird die Motorsteuereinheit im Leerlauf (Leerlaufschalter ON) ein
sogenanntes „Rückstell-Signal“ zum Luftmassenmesser senden, um unter dieser
Bedingung (wenig Wirbelbildung) einen empfindlicheren Messbereich anzuwählen (z.B.
Sigma, siehe Wartungsdaten: Code 34).
8
MPI-System
3.
Kapitel 2
Luftmassenmessung mit Hitzdrähten (MUKAS)
(MUKAS - Mitsubishi Ultimate Karman Airflow Sensor)
Einführung mit Galant EA0, Carisma ab MJ. ´98 und weitere Modelle
m
ultradünne Hitzdrähte (PTC) ersetzen Drucksensor (Piezoelement)
Hauptmerkmale:
¬
®
¯
°
±
Erfassung der Luftmenge nach dem Karman-Vortex-Prinzip durch Hitzdraht
hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit
geringes Gewicht
kompakte Bauweise
ein Gehäusetyp für alle Motoren von 1,5 l bis 3,5 l Hubraum
die Volumenanpassung erfolgt über den Öffnungsquerschnitt des Gleichrichters
Die beiden Hitzedrähte sind durch die über die
Bypassbohrungen vorbeiströmenden
Luftwirbel einem ständigen AbkühlAnwärmvorgang unterworfen. Die PTCWiderstände der Hitzedrähte ändern sich
somit laufend und damit auch die
resultierende Spannung. Die Häufigkeit der
Spannungsänderung wird in der Steuereinheit
wieder als Frequenz erfasst.
Entgegen der z.B. von Bosch verwendeten
Hitzdrahtmessung, die den Wert der
Abkühlung zugrunde legt, braucht das
MUKAS-Prinzip keine Freibrennschaltung um
regelmäßig Ablagerungen zu entfernen.
9
MPI-System
Kapitel 2
Saugrohrdruck-Sensor (Vacuumsensor, Unterdrucksensor)
Motor 4G13 + 4G18 MPI
Ein einfaches, von vielen Herstellern verwendetes
Verfahren zur Ermittlung der jeweiligen Motorlast ist
der Saugrohrdrucksensor:
u Der Sensor ermittelt den aktuellen Saugrohrdruck
(Unterdruck) und leitet diesen Wert als
elektrisches Signal zur Steuereinheit.
u Der Computer verwertet die Sensorinformation
zusammen mit dem Drehzahlimpuls vom
Kurbelwinkelsensor als Basis für die
Öffnungsdauer der Einspritzdüsen je nach
Lastzustand.
Arbeitsweise
u
u
u
HINWEIS:
wirkt eine fremde Kraft auf ein Halbleitermaterial wie z.B. Siliziumkristall, ändert
dieses Material seinen elektrischen
Widerstand.
In einer Siliziummembrane sind vier Dehnstreifen als Widerstände eingearbeitet.
Wirkt der Saugrohrdruck auf die Membrane,
verändert sich der Widerstand jedes
einzelnen Dehnstreifens proportional zur
Bewegung der Membrane.
Diese Widerstände sind als „Wheatstone“Brückenschaltung aufgebaut. Damit werden
Druckschwankungen als
Spannungsänderung zum Steuergerät
übermittelt. Zur Signalverstärkung ist ein
OP-Verstärker (Amplifier) der Brücke
nachgeschaltet.
Motore mit Saugrohrdruckfühler besitzen keinen
Atmosphärendrucksensor. Beim Einschalten der Zündung wird der
jeweilige Luftdruck gemessen und als Bezugswert gespeichert.
10
MPI-System
Kapitel 2
OT-Sensor und Kurbelwinkelsensor
Der Kurbelwinkelsensor (Drehzahlsensor) ist mit dem Luftmassenmesser der wichtigste
Sensor zur Berechnung der Motorlast.
Der OT-Sensor (1. Zylinder-Sensor) erfasst die OT-Stellung des Motors.
Fällt der Kurbelwinkelsensor aus, dann kann die Motor-ECU weder Einspritzbeginn
noch Zündzeitpunkt berechnen. Folge: der Motor stirbt ab.
Fällt der OT-Sensor aus, kann das Fahrzeug nicht mehr neu gestartet werden, da die
Zylindererkennung fehlt.
Abhängig vom Motortyp und Modelljahr gibt es verschiedene Bauweisen dieser
Sensoren. Grundsätzlich unterscheiden wir: 1. Optokoppler und 2. Hallgeber
1.
Optokoppler
11
MPI-System
Kapitel 2
OT-Sensor und Kurbelwinkelsensor
Funktion:
Die Leuchtdioden senden einen ständigen Lichtstrahl aus. Immer wenn
die Schlitze in der rotierenden Scheibe den Lichtstrahl zur Photodiode
passieren lassen, wird diese durchlässig und an der Motor-ECU wird ein
Spannungssignal gemessen.
Beispiel:
4-Zylinder DOHC
OT 1. Zylinder und OT 4. Zylinder werden ermittelt
Beispiel:
V6-Motor
12
MPI-System
2.
Kapitel 2
Hallgeber
Ab Modelljahr 1993 begann die Umstellung vom Optokoppler zum Hallgeber.
BEISPIEL: KW-Sensor und OT-Sensor
getrennt im Verteiler untergebracht
Wenn Strom durch den Halbleiter fließt
und ein Magnetfeld im rechten Winkel
dazu anliegt, wird eine Spannung
senkrecht in Abhängigkeit des Stroms
und des Magnetfeldes erzeugt (HallEffekt).
Unterbricht eine rotierende
Blendenscheibe (aus Eisen!) dieses
Magnetfeld, dann bricht die Spannung
zusammen.
13
MPI-System
Kapitel 2
OT-Geber (Nockenwellensensor) + Kurbelwinkelsensor
als festmontierte Hallgeber
Beispiel: V6 DOHC 6A12
Im Zuge der Manipulationssicherheit werden OT-Sensor und KW-Sensor fest montiert.
Ein Einstellen der Zündung entfällt damit.
Kurbelwinkel-Sensor
OT-Sensor
Signal-Charakteristik
14
MPI-System
Kapitel 2
Beispiel: OT-Sensor (Nockenwellensensor)
Durch Wegfall des Zündverteilers ist der Kurbelwinkelsensor direkt an der Kurbelwelle
befestigt. An der Nockenwelle kommt ein modifizierter OT-Sensor zum Einsatz.
Beispiel:
Colt / Lancer ´96 mit 4G1-Motor
Der Kurbelwinkelsensor im Zündverteiler ist ein Hallgeber mit integrierter Erkennung
des 1.Zylinders. Dadurch konnte ein OT-Geber entfallen.
Aufgrund der längeren
Blende des 2. Zylinders
kann die Motorsteuereinheit den darauffolgenden 1. Zylinder
berechnen.
(Vorteil: nur 1 Hallelement
nötig)
15
MPI-System
Kapitel 2
Drosselklappensensor
Der Drosselklappensensor erkennt die jeweilige Stellung der Drosselklappe und meldet
diese als Spannungssignal an die Motor-ECU. Elektrisch gesehen ist er ein
Potentiometer (regelbarer Widerstand)
Bauteil mit 4 Pins (s. Bild)
beinhalten zusätzlich den
Leerlaufschalter
16
MPI-System
Kapitel 2
Leerlaufschalter
Der Leerlaufschalter ermittelt die Leerlaufposition der Drosselklappe.
Der Leerlaufschalter (Kontakttyp) ist an der Spitze des Leerlauf-Stellantriebs installiert.
Wenn die Drosselklappe geschlossen wird, drückt der Leerlauf-Steuerhebel gegen den
Schubstift, um den Kontakt zu schließen. (Leerlauf EIN)
Befindet sich der Leerlaufschalter im Drosselklappensensor, so benutzen beide
die gleiche Masse.
Achtung:
Fahrzeuge ohne Leerlaufschalter berechnen die Leerlaufposition
über das Drosselklappensignal!
17
MPI-System
Kapitel 2
Lambda-Sonde
Lambda-Sonden sind im Abgasstrang installiert. Sie erzeugen selbst eine Spannung
abhängig von der Differenz des Restsauerstoffs im Abgas gegenüber der Außenluft.
wenig Restsauerstoff
viel Restsauerstoff
= fettes Gemisch
= mageres Gemisch
Die vordere Lambda-Sonde stellt somit den
Restsauerstoffgehalt vor dem Katalysator fest.
Mit diesem Spannungssignal kalkuliert die
Motor-ECU das Gemisch relativ zum
stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis.
Nur in diesem Bereich kann der 3-Wege
Katalysator seine optimale Reinigungswirkung
erzielen.
u
Lambdasonden mit 2 Kabeln verfügen über eine zusätzliche Masseleitung.
u
Lambdasonden mit 4 Kabeln besitzen eine Heizungswicklung um schneller die
Anspringtemperatur zu erreichen.
u
Lambdasonden hinter dem Katalysator arbeiten nach dem gleichen Prinzip und
üben eine zusätzliche Kontrollfunktion aus. (Bei E-OBD-Fahrzeugen: Erkennung
eines defekten Katalysators.
18
MPI-System
Kapitel 2
Steuerung der Lambda-Sonden-Heizung
Ansauglufttemperatur-Sensor
Der Ansauglufttemperatursensor dient zur genaueren Berechnung des Gemischs und
des Zündzeitpunkts.
Beisp.: Fzg. mit Luftmassenmesser
Beispiel: 4G13-Motor
Elektrisch gesehen ist der Ansauglufttemperatursensor ein NTC-Widerstand, d.h. mit
zunehmender Temperatur nimmt sein Widerstand ab.
Charakteristik
Achtung: 4G1 -Motor
u
Durch die Position dieses Sensors am Saugrohr wird die Temperatur durch
die Motortemperatur beeinflusst. Folglich sind die Normalwerte immer
deutlich höher als die der angesaugten Umgebungsluft.
u
Ab Modelljahr 2002 ist der Ansauglufttemperatursensor im Gehäuse des
Saugrohrdrucksensors integriert.
19
MPI-System
Kapitel 2
Kühlmitteltemperatursensor
Die Motor-Steuereinheit bestimmt die jeweilige Betriebstemperatur des Motors anhand
der Ausgangsspannung dieses Sensors und sorgt für optimale
Gemischzusammensetzung, Zündzeitpunkt und Leerlaufdrehzahl.
Elektrisch gesehen ist der Kühlmitteltemperatursensor ein NTC-Widerstand.
Atmosphärendrucksensor
An den aktuellen Luftdruck wird von der Motor-ECU laufend das Gemisch und der
Zündzeitpunkt angepasst.
Hinweis: Das MPI-System des 4G1-Motors
besitzt keinen Atmosphärendrucksensor, da der
Saugrohrdrucksensor beim Einschalten der
Zündung den jeweiligen Luftdruck misst.
20
MPI-System
Kapitel 2
Fahrgeschwindigkeitssensor
Abhängig vom Modell ist der Fahrgeschwindigkeitssensor ein Reedschalter im
Tachometer bzw. ein elektronischer Geber direkt am Getriebe.
Der Reedschalter im Tachometer wandelt die
Drehzahl des Tachometer-Abtriebsrades
(Fahrgeschwindigkeit) in Impulssignale um und
sendet diese an die Motorsteuereinheit.
Der Sensor erzeugt jeweils vier Impulse für jede
Umdrehung des Tachometer-Abtriebsrades.
Daher nimmt die Ausgangsfrequenz des Sensors
proportional zur Fahrgeschwindigkeit zu, wie es links
dargestellt ist.
Durch die Verwendung eines elektronischen Tachometers (Wegfall der Tachowelle) wurde der
Geschwindigkeitssensor direkt am Getriebe installiert. Die Ausgangswellenform gleicht der
oben abgebildeten Darstellung.
21
MPI-System
Kapitel 2
Servolenkungs-Öldruckschalter
Wenn das Lenkrad gedreht wird und der Öldruck der Servolenkungs-Ölpumpe
zunimmt, sendet der Servolenkungs-Öldruckschalter ein Einschaltsignal an die
Motorsteuereinheit. Mit diesem Signal stellt die Motorsteuereinheit die Ölpumpenlast
fest und aktiviert den Leerlauf-Stellmotor, um die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen. Ein
Absinken der Leerlaufdrehzahl wird dadurch vermieden, so dass stabiler
Leerlaufbetrieb sichergestellt wird.
Klimaanlagenschalter
Dieser Schalter sendet das Ein-/Ausschaltsignal der Klimaanlage an die
Motorsteuereinheit.
Wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist und die Motorsteuereinheit das Einschaltsignal
empfängt, dann gibt sie den Befehl an den Leerlauf-Stellmotor aus, die
Leerlaufdrehzahl zu erhöhen. Dadurch wird die Klimaanlagenkompressordrehzahl
soweit angehoben, dass er genug Leistung bringen kann.
Anlasssperrschalter - Automatikgetriebe
Dieses Signal meldet an die Motorsteuereinheit, ob der Anlasssperrschalter
eingeschaltet (in Position „N“ oder „P“) oder ausgeschaltet ist (andere als Position „N“
oder „P“). Hiermit stellt die Motorsteuereinheit fest, ob sich das Getriebe in Neutral oder
einem Fahrbereich befindet, und aktiviert den Leerlauf-Stellantrieb, um die
Leerlaufdrehzahl zu steuern.
Zündschalter
Wird das Zündschalter-Einschaltsignal (IG) der Motorsteuereinheit eingegeben, dann
erregt die Einheit die Steuerrelaisspule, um die Sensoren und Stellmotoren mit Strom
zu versorgen.
Wird das Zündschalter-Startsignal (ST) in die Motorsteuereinheit eingegeben, dann
wird dadurch ein Starten des Motors festgestellt, worauf die Kraftstoff-Einspritzmenge,
der Leerlauf-Stellmotor, der Zündzeitpunkt usw. für optimales Starten gesteuert
werden.
22
MPI-System
Kapitel 2
Batteriespannung
Die Höhe der Batteriespannung wird kontrolliert und nimmt Einfluss u.a. auf die
Öffnungszeit der Einspritzventile.
Elektrische Last
Das Einschalten von elektrischen Verbrauchern, wie Fahrlicht oder heizbare
Heckscheibe bewirkt normalerweise ein Absinken der Leerlaufdrehzahl. Um dieses
vorab zu verhindern, sorgt die Motor-ECU bereits beim Empfang dieses Signals für ein
weiteres Ausfahren des Leerlaufdrehzahlsteuermotors.
Motorpositionssensor
Fahrzeuge mit ISC-Motor (also ältere Modelle mit Drosselklappenstellmotor) verwenden
zur Erkennung der Ausfahrposition des Tauchkolbens den Motorpositionssensor. Bei
Ausfall dieses Sensors wird der Tauchkolben zur Sicherheit ganz zurückgefahren.
Klopfsensor
Der Klopfsensor stellt die durch
Zündungsklingeln entstehenden Vibrationen
am Zylinderblock fest und gibt eine
Spannung aus, die proportional zu diesen
Vibrationen ist. Die Frequenz der Vibrationen
aufgrund des Zündungsklingelns ist für jeden
Motor anders. Daher wird dieses
Sensorsignal in der Motor-Steuereinheit
frequenzgefiltert, um nur das Klingeln
festzustellen. Anhand dieses so
festgestellten Klopfsignals korrigiert die
Motor-Steuereinheit den Zündzeitpunkt.
23
MPI-System
Steuergerät: Motor-ECU
Aufbau:
Systemaufbau
24
Kapitel 2
MPI-System
Kapitel 2
Steuergerät: Motor-ECU
Beschreibung der Arbeitsweise von Systemgeräten:
Von den Sensoren werden an das Steuergerät Signale von unterschiedlicher
Charakteristik gesendet. Man unterscheidet zwischen analogen Signalen und digitalen
Signalen:
Ein analoges Signal kommt zum Beispiel vom Drosselklappensensor als ständig
variierende Spannung.
Ein digitales Signal von einem Schalter oder einem Sensor, der EIN / AUS-Signale
produziert (z.B. der Kurbelwinkelsensor).
Analoge Signale muss die ECU im A/D-Wandler zu digitalen Signalen umwandeln,
dass sie weiterverarbeitet werden können.
Die E/A-Einheit (Eingangs/Ausgangs-Einheit) leitet die Eingangssignale an die
Zentraleinheit (CPU) und empfängt von der CPU die berechneten Ausgangsbefehle,
die sie an den jeweiligen Ausgangsschaltkreis der Stellglieder weitergibt.
Der ROM-Speicher enthält die festen Programme der ECU, der RAM-Speicher
(flüchtiger Speicher) wiederum nimmt die aktuellen Daten auf, die bei Betrieb
permanent erzeugt werden. Die CPU berechnet mit diesen beiden Speicherdaten die
geforderten Ausgangssignale.
Sensoren-Eingangssignale
Stellglieder-Ausgangssignale
25
MPI-System
1.
Kapitel 2
Kraftstoffsystem:
Der grundsätzliche Aufbau der Kraftstoffversorgung ist bei allen MITSUBISHI-Fahrzeugen
gleich:
u
Die Kraftstoffpumpe sitzt immer im Tank („nasse Pumpe“) zur
Geräuschreduzierung.
u
Direkt an der Pumpe befindet sich ein Vorfilter, der Hauptfilter kann außerhalb
des Tanks oder ebenfalls als Wechselkartusche an der Pumpe angebracht sein.
u
Der Kraftstoffdruck liegt am Verteilerrohr („Rail“) an allen Düsen an.
u
Durch den Druckregler am Ende des Verteilerrohrs wird der Druck auf 2,7 – 3,5
bar begrenzt. Überschüssiger Kraftstoff fließt über die Rücklaufleitung zum Tank
zurück.
Der Druckregler hält den an den
Einspritzdüsen anliegenden
Druck auf einen konstanten Wert
über dem Saugrohrdruck. Damit
bleibt die eingespritzte
Kraftstoffmenge unabhängig von
den Schwankungen des
Saugrohrdrucks.
26
MPI-System
Kapitel 2
Kraftstoffsystem - Satteltank
PKW´s mit 4WD-Antrieb besitzen aus Platzgründen einen Satteltank. Die Besonderheit
ist hier die Jetpumpe, die den Unterdruck an der Düse nutzt um den Kraftstoff aus der
zweiten Kammer anzusaugen.
Da das Kraftstoffniveau in beiden Kammern unterschiedlich ist, sind 2 Tankgeber
erforderlich.
27
MPI-System
Kapitel 2
Kraftstoffsystem - Kraftstoffpumpensteuerung
Beispiel:
Space Runner 4G93-Motor - Modelljahre ´92-´96
Beim Anlassen und bei laufendem Motor ist der Zündschalter eingeschaltet und Strom
fließt in der Steuerrelaisspule L1, wenn ein Kurbelwinkelsignal an das Motorsteuergerät
abgegeben wird. Der Schalter S1 bleibt eingeschaltet, um die Kraftstoffpumpe zu
betätigen.
Wenn der Motor abgestellt wird und während mehr als 0,6 Sekunden kein
Kurbelwinkelsignal an das Motorsteuergerät abgegeben wird, wird der Schalter S1
ausgeschaltet, um die Kraftstoffpumpe aus Sicherheitsgründen abzuschalten.
Bei heutigen Fahrzeugen sind Kraftstoffpumpenrelais und Motorsteuerrelais meistens
getrennte Bauteile.
28
MPI-System
Kapitel 2
Kraftstoffsystem:
Schaltplan für Kraftstoffpumpen-Steuerung (3000 GT und EVO VI)
Pumpenspannung
ca. 12 V
Förderleistung
3000 GT
150 l / h
Förderleistung
EVO VI
300 l / h
ca. 9,5 V
100 l / h
190 l / h
Förderleistung
Sigma
80 l / h
3000 GT und EVO VI besitzen eine leistungsabhängige Steuerung der
Kraftstoffpumpendrehzahl.
Normale Fahrweise:
Relais 2 in ON, d.h. langsame Drehzahl
Starten, stark Beschleunigen, Volllast:
Relais 2 in OFF, d.h. hohe Drehzahl
29
MPI-System
Kapitel 2
Kraftstoffsystem:
Erweiterte Kraftstoffdruckregelung für den Turbomotor
Hauptsächlich zur Verhinderung von Dampfblasenbildung wird bei 3000 GT (Bild) und
EVO VI durch Belüften der Membrane des Druckreglers der Kraftstoffdruck erhöht.
(Siehe Kasten unten)
Kaltstart
ca. 5 Sekunden erhöhter Kraftstoffdruck
Heißstart
ca. 2 Minuten erhöhter Kraftstoffdruck
Bedingungen:
Kühlwassertemperatur 100°C
Ansauglufttemperatur 70°C
30
MPI-System
2.
Kapitel 2
Kraftstoff-Einspritzsteuerung
Übersicht
Die Motor-ECU berechnet anhand der verschiedenen Eingangssignale die jeweilig
optimale Düsenöffnungszeit.
Alle Einspritzdüsen im MPI-System werden direkt mit Systemspannung beaufschlagt
(außer Turbo). Die Motor-ECU sorgt über eine Masseschaltung für das Öffnen der
jeweiligen Düse.
31
MPI-System
Kapitel 2
Mengensteuerung
Die Einspritzdüsen-Aktivierungsdauer wird hauptsächlich vom Signal des
Luftmassenmessers und des Kurbelwinkelsignals (Motor-Drehzahlsignal) bestimmt. Die
so bestimmte Dauer wird als „Basis-Aktivierungsdauer“ oder „Basisantriebszeit“
bezeichnet. Diese Basis-Aktivierungsdauer wird anhand der Signale der verschiedenen
Sensoren korrigiert, um die optimale Aktivierungsdauer (Kraftstoff-Einspritzmenge) für
die jeweiligen Bedingungen zu erhalten.
Steuerung während normaler Betriebsbedingungen
32
MPI-System
Kapitel 2
Einspritzdüsenaktivierung
Die Kraftstoffeinspritzung im MPI-System erfolgt sequentiell (einzeln), simultan
(gleichzeitig) oder in Gruppen.
2.1. Sequentielle Einspritzung
OT-Sensor und Kurbelwinkelsensor sind die Bezugsgrößen für die Motor-ECU zur
Ermittlung des richtigen Einspritzzeitpunkts.
Bei sequentieller Einspritzung werden die Einspritzdüsen im Auslasstakt des jeweiligen
Zylinders aktiviert.
Das obere Totpunktsignal für Zylinder 1 ist das Referenzsignal für die sequentielle
Einspritzung.
Durch dieses Signal werden die Einspritzdüsen sequentiell nach Zündfolge
aktiviert.
Sequentiell wird bei normalen Betriebsbedingungen eingespritzt.
33
MPI-System
Kapitel 2
2.2. Simultane Einspritzung
2.2.1. Einspritzung beim Starten
Unmittelbar nach dem Startbeginn wird der Kraftstoff in alle Zylinder aufgrund des ersten
Signals für 75° v.OT des Kurbelwinkelsensors eingespritzt.
Sobald das Signal für den oberen Totpunkt in Zylinder 1 festgestellt wurde, erfolgt die
sequentielle Einspritzung, wie bereits beschrieben.
Falls der Motor noch kalt ist, erfolgt weiterhin die simultane Einspritzung, wie nachfolgend
beschrieben.
2.2.2. Kraftstoffeinspritzung bei Kaltstart
Wenn der kalte Motor gestartet wird, wird Kraftstoff gleichzeitig und zweimal pro Umdrehung
der Kurbelwelle in alle vier Zylinder eingespritzt, synchron mit dem Signal für 75° v.OT.
34
MPI-System
2.2.3.
Kapitel 2
Erhöhte Kraftstoffeinspritzung während der Beschleunigung
Während des Beschleunigens wird eine erhöhte Kraftstoffmenge zusätzlich zu der
sequentiellen Einspritzung gleichzeitig in zwei Zylinder im Ansaug- und Auspufftakt
eingespritzt.
35
MPI-System
Kapitel 2
2.3. Gruppeneinspritzung
Space Gear, Space Runner N10 ab MJ ´95
Die Zylinder 1 und 3 bzw. 2 und 4 sind zu je einer Gruppe zusammengefasst. Bei jeder 2.
Kurbelwellenumdrehung arbeiten die Einspritzdüsen jeweils einer Gruppe zusammen.
Beim Kaltstart oder starker Beschleunigung arbeiten alle vier Düsen zusammen (simultan).
Bei Einsatz des MUT können daher die Düsen nicht mehr einzeln, sondern nur paarweise
geprüft werden.
Ausschnitt
Verdrahtungsanleitung
Space Runner / Wagon ´95
36
MPI-System
Kapitel 2
2.4. Einspritzdüse
In MITSUBISHI-MPI-Motoren werden
verschiedene Einspritzdüsen eingesetzt.
Unterschiede gibt es
u in der Spritzcharakteristik (1-Loch-, 2Loch-. 4-Lochdüsen)
u in Größe und Bauform, bzw.
Steckeranschluss
u in der Durchflussmenge
u in der Größe des Spulenwiderstands
Ab 1995 werden geänderte Einspritzdüsen eingesetzt. Sie haben gegenüber den
Vorgängern folgende Vorteile:
u geringere Größe
u geringeres Gewicht
u geringere bewegte Masse
u bessere Kühlung
u geringere Ablagerung im
Düsenbereich
u besseres Heisstartverhalten
u bessere Zerstäubung durch 4-LochStrahl
37
MPI-System
2.4.1.
Kapitel 2
Einspritzdüsen mit Vorwiderstand
Besonderheiten stellen auch hier wieder die Turbofahrzeuge 3000 GT und EVO VI dar.
Um die Erwärmung der Düsen gering zu halten wurden die Widerstände vorgeschaltet.
Beispiel: 3000 GT
Widerstand der Einspritzdüsen:
2-3 (bei 20°C)
38
MPI-System
3.
Kapitel 2
Elektronische Kennfeldzündung
Die heutigen Anforderungen an Schadstoffreduzierung und Kraftstoffverbrauch können
nur mit einer Zündanlage erfüllt werden, die immer unter allen Betriebsbedingungen
den optimalen Zündzeitpunkt zur Verfügung stellt. Weiterer Vorteil ist der Wegfall von
etlichen verschleißanfälligen mechanischen Bauteilen.
Beispiel:
Fahrzeug mit Zündverteiler
Wenn der Leistungstransistor von der Motor-Steuereinheit auf ON geschaltet wird, fließt Strom
von der Batterie durch die Primärwicklung der Zündspule über den Leistungstransistor an
Masse.
Wenn der Leistungstransistor von der Motor-Steuereinheit auf OFF geschaltet wird, erfolgt eine
Unterbrechung des Primär-Stromflusses. Zur gleichen Zeit wird auf der
Sekundärwicklungsseite durch den elektromagnetischen Induktionseffekt der Zündspule eine
Hochspannung erzeugt, was zur Funkenbildung an der Zündkerze führt. Dies ist auch
gleichzeitig der Zündzeitpunkt.
39
MPI-System
Kapitel 2
3.1. Zündzeitpunkt-Kontrollsystem
Das Zündzeitpunkt-Kontrollsystem besteht aus verschiedenen Sensoren, der MotorSteuereinheit und dem Leistungstransistor. Dieses System kontrolliert den jeweiligen
Zündzeitpunkt und die Stromflussdauer des Primärstroms, und gewährleistet damit je nach den
Betriebsbedingungen des Motors eine optimale Funktion des Zündsystems.
Die ON/OFF-Schaltung des zur Zündspule fließenden Primärstroms wird vom
Leistungstransistor ausgeführt, der wiederum von der Motor-Steuereinheit gesteuert wird.
Leistungstransistor
Der Leistungstransistor dient zum zeitweiligen Ein- und Ausschalten der
Stromversorgung, abhängig von den Signalen der Motor-Steuereinheit.
Klemme
1:
2:
3:
Motor-Steuereinheit
Masse
Minusklemme der
Zündspule
40
MPI-System
Kapitel 2
3.2. Klopfregelung
Der Klopfsensor stellt die durch Zündungsklingeln entstehenden Vibrationen am Zylinderblock
fest und gibt eine Spannung aus, die proportional zu diesen Vibrationen ist. Die Frequenz der
Vibrationen aufgrund des Zündungsklingelns ist für jeden Motor anders. Daher wird dieses
Sensorsignal in der Motor-Steuereinheit frequenzgefiltert, um nur das Klingeln festzustellen.
Anhand dieses so festgestellten Klopfsignals korrigiert die Motor-Steuereinheit den
Zündzeitpunkt.
41
MPI-System
4.
Kapitel 2
Leerlauf Drehzahlsteuerung
Abhängig von den verschiedenen Sensorsignalen ermittelt die Motor-ECU die jeweils
richtige Motordrehzahl und lässt diese durch die Leerlaufstelleinrichtung einstellen. Eine
Einstellmöglichkeit der Leerlaufdrehzahl besteht somit nicht.
MPI-Fahrzeuge der ersten Modelljahre benutzen hierzu einen Drosselklappenstellmotor
(s. Sensor Leerlaufschalter).
Ab etwa MJ ´93 werden Umluftsteuerungen verwendet, die in Kombination mit einer
kühlwassertemperaturabhängigen Steuerung (Thermowax oder Bimetall) eine exaktere
Drehzahlabstimmung erreichen.
HINWEIS: Die Einstellschraube dient zur Einstellung der Grundposition des
Stellmotors und nicht zur Justierung der Leerlaufdrehzahl!
„Dash-Pot“-Funktion: Auch oberhalb des Leerlaufbereichs wird der Leerlaufstellmotor
angehoben um eine Fahrkomforterhöhung z.B. bei schnellen Lastwechseln oder
Schalten zu ermöglichen. Im Schiebebetrieb ist er etwas geöffnet, um den Unterdruck
im Saugrohr zu reduzieren.
42
MPI-System
Kapitel 2
4.1. Leerlaufstellmotor
4.1.1.
Schrittmotor
Der Schrittschaltmotor dreht um einen bestimmten Winkel, wenn ein elektrischer Impuls
angelegt wird. Der Rotor des hier verwendeten Schrittschaltmotors dreht mit jedem
Impuls um 15 Grad. Diese Impulse sind in den MUT-Wartungsdaten als „Schritte“
auszulesen.
Der Drehzapfen greift in die Leitspindel an der Magnetrotorwelle ein. Wenn der Rotor in
Richtung des hohlen Pfeiles dreht, dann sorgt die Leitspindel für ein Einfahren des
Drehzapfens in das Innere des Motors. Dreht der Motor in Richtung des vollen Pfeiles,
dann wird der Drehzapfen ausgefahren.
43
MPI-System
4.1.2.
Kapitel 2
Gleichstrommotor
Eine einfachere Bauweise ist die Verwendung von Gleichstrommotoren.
Allerdings ist bei dieser Konstruktion ein Positionssensor erforderlich, um die
Aus-/Einfahrposition ermitteln zu können.
Eine Erkennung, ob ein Gleichstrommotor verwendet wird, kann nur über den
Spindelpositionssensor in der Verdrahtungsanleitung erfolgen.
44
MPI-System
4.1.3.
Kapitel 2
„FLICS“
Ab etwa Modelljahr ´95 in darauffolgenden Modelljahränderungen:
u
u
u
u
Steuerung durch Bimetall statt Thermowax-Element
bessere Leerlaufstabilisierung in der Warmlaufphase
verhindert Drehzahlanhebung bei defektem Schnell-Leerlaufventil
FLICS:
Flow Limited Idle Air Control System
Leerlaufsteuerung mit begrenzter Durchflussmenge
HINWEIS:
Space Star mit 4G13 und 4G18 Motor und 1,3 l Colt ab MJ 2001
besitzen keine Drosselklappenanschlagschraube und keinen
Leerlaufschalter. Die Leerlaufstellung wird über die Position des
Drosselklappensensors angelernt.
6A12 und 6A13 Motore haben kein Bimetall bzw. Dehnstoffelement
zur Kaltlaufregelung.
45
MPI-System
5.
Kapitel 2
ON-BOARD-Diagnose
Motore mit MPI-Kraftstoffeinspritzung besitzen die ON-BOARD-Diagnose, mit der die
Funktionsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage und des Gemischaufbereitungssystems
ständig selbsttätig geprüft wird.
Ein Computer-Diagnose-System kontrolliert nach dem Motorstart innerhalb von 5
Sekunden die Funktionen, die für die Schadstoffminderung entscheidend sind. Erlischt
die Kontrolllampe im Armaturenbrett nach 5 Sekunden nicht, kann der Fahrer zwar
weiterfahren, sollte jedoch eine Werkstatt aufsuchen, da entweder in der AbgasReinigungsanlage oder bei der Gemischbildung etwas nicht in Ordnung ist. Abhängig
vom aufgetretenen Problem wird evtl. ein Notlaufprogramm aktiv.
Funktionsprüfungen an folgenden Bauteilen (Beispiel):
l
l
l
l
l
l
l
l
Computer
Lambdasonde
Luftmassenmesser
Ansauglufttemperatur-Sensor
Atmosphärendruck-Sensor
Einspritzdüsen
Kühlmitteltemperatur-Sensor
Drosselklappen-Sensor
l
l
l
l
l
l
l
Motorpositionierungs-Sensor
Klopfsensor
Kurbelwinkel-Sensor
Zylindersensor (OT-Geber 1. Zylinder)
Kraftstoffpumpen-Relais
Zündspulen
Geschwindigkeits-Sensor
Mit Hilfe des MULTITESTERS (MUT), der über einen Zentralstecker angeschlossen wird,
kann der Techniker dann innerhalb weniger Sekunden die Codes, die der Computer
gespeichert hat, erkennen.
Fahrzeuge mit E-OBD (siehe auch Kapitel 3) besitzen international standardisierte
Diagnosecodes, die bei allen Herstellern gleich sind und mit dem standardisierten
Auslesegerät „General Scan Tool“ (GST) am genormten Zentralstecker aufgerufen
werden können.
46
MPI-System
Kapitel 2
6.
Notlauf- und Schutzfunktionen
¬
Diese Funktion bewirkt z.B., dass bei einem Sensorausfall die Sicherheit nicht
beeinträchtigt wird.
Falls z.B. ein Sensor des Leerlaufsystems ausfällt, ist die Motorsteuereinheit so
programmiert, dass ein plötzliches Ansteigen der Motordrehzahl vermieden wird.
-
Die Schutzfunktion der Motorsteuereinheit ignoriert die Ausgangssignale des defekten
Sensors und verwendet anstelle dieser Signale ein eingebautes Programm, so dass das
Fahrzeug weiterhin funktioniert.
Der Operationsstatus bei Verwendung der Schutzfunktion wird als Notprogramm
bezeichnet, und die Motorsteuereinheit lässt die Motor-Kontrollleuchte während dieses
Modus aufleuchten.
Notlauf- / Schutzfunktion (Beispiel)
Fehlbetrieb
des
Systems
Einzelheiten der Steuerung
KraftstoffeinspritzLeerlauf-DrehzahlZündzeitpunktsteuerung
steuerung
steuerung
Die Motorsteuereinheit
vollführt keine Leerlaufsteuerung während des
Betriebs und der
Verzögerung
Luftmassenmesser
Motorsteuereinheit steuert
Kraftstoffeinspritzung
anhand des Signals des
Drosselklappensensors
AnsaugluftTemperatursensor
Motorsteuereinheit nimmt
eine Ansaugluft-temperatur
von 25°C an, wenn sie die
Kraftstoffeinspritzung
steuert
Drosselklappensensor
Die Motorsteuereinheit
vollführt keine Leerlaufsteuerung während des
-----Betriebs und der
Verzögerung
Die Motorsteuereinheit
bewegt den Leerlauf-----Stellantriebs-Tauchkolben
zurück, bevor die
Leerlaufsteuerung gestoppt
wird
Die Motorsteuereinheit
Die Motorsteuereinheit
nimmt eine Kühlmittelnimmt eine KühlmittelTemperatur von 80°C an,
Temperatur von 80°C an,
wenn sie die Kraftwenn sie die Leerlaufstoffeinspritzung steuert
steuerung ausführt
Die Motorsteuereinheit
Die Motorsteuereinheit
nimmt den Atmosphärennimmt den Atmosphärendruck mit 101 kPa an, wenn druck mit 101 kPa an, wenn
sie die Kraftstoffsie die Leerlaufsteuerung
Einspritzung steuert
steuert
MotorPositionssensor
KühlmittelTemperaturSensor
Atmosphären
Luftdrucksensor
------
Die Motorsteuereinheit
verstellt den Zünd-zeitpunkt
für Betrieb unter hoher
Belastung (gleichwertig zu
einer ZentrifugalVerstellung)
Motorsteuereinheit nimmt
eine Ansaugluft-temperatur
von 25°C an, wenn sie den
Zündzeitpunkt steuert
------
------
Die Motorsteuereinheit
nimmt eine KühlmittelTemperatur von 80°C an,
wenn sie den Zündzeitpunkt steuert
------
Fahrzeugspezifische Notlauf- und Schutzfunktionen siehe jeweilige
Werkstattanleitung.
47
MPI-System
Kapitel 2
Wiederholungsfragen zum Kapitel 2:
Welche der hier aufgeführten Bauteile sind Sensoren?
r
r
r
r
Einspritzdüse
Leerlaufschalter
Klopfsensor
Lichtmaschine Klemme FR
Welche der hier aufgeführten Bauteile sind Stellglieder?
r
r
r
r
Einspritzdüse
Aktivkohlebehälter
Abgasrückführungsmagnetventil
Kraftstoffdruckregler
Welche Aussage ist falsch?
r
Bei der Luftmassenmessung mit Hitzdraht (MUKAS) ist ein regelmäßiges
Freibrennen der Hitzdrähte erforderlich
r
r
Im MPI-System gibt es 3 verschiedene Verfahren der Luftmassenmessung
Der Ansauglufttemperatursensor befindet sich am Gehäuse des
Luftmassenmessers
Beim Satteltank sind:
r
r
r
Die Kraftstoffpumpen parallel geschaltet
Die Tankgeber in Reihe geschaltet
Die Tankgeber parallel geschaltet
48