Kraftfahrzeugelektrik Kraftfahrzeugelektronik: Lehr- und Arbeitsbuch zur Kraftfahrzeugsystemtechnik

340 Pages·1996·37.36 MB·German

by  Dipl.-Ing. (FH) Franz Gretzmeier

Franz Gretzmeier Wilfried Staudt Siegfried Blüml
Kraftfah rzeugelektri k
Kraftfah rzeugelektron ik
Lehr- und Arbeitsbuch
zur Kraftfahrzeugsystemtechnik
Die Autoren:
Dipl.-Ing. (FH) Wilfried Staudt
ist Oberstudiendirektor und Leiter der Friedrich-Ebert-Schule in Wiesbaden.
Dipl.-Ing. (FH) Franz Gretzmeier
ist Studiendirektor und Fachleiter Kraftfahrzeugtechnik an der Gewerbeschule Breisach.
Dipl.-Ing. (FH) Siegfried Blüml
ist Oberstudiendirektor und Leiter der Berufsbildenden Schule Technik in Koblenz.
Franz Gretzmeier Wilfried Staudt Siegfried Blüml
I<raftfa h rzeugelektri k
I<raftfahrzeugelektron ik
Lehr- und Arbeitsbuch
zur Kraftfahrzeugsystemtechnik
Herausgegeben von Wilfried Staudt
mit über 1200 Bildern
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Kraftfahrzeugelektrik - Kraftfahrzeugelektronik:
Lehr-und Arbeitsbuch zur Kraftfahrzeugsyslemtechnik I
Franz Gretzmeier; Wilfried Staudt; Siegfried BIOml. Hrsg.
von Wilfried Staudt. - Braunschweig; Wiesbaden:
Vieweg, 1996
ISBN 3-528-04915-4
NE: Gretzmeier, Franz; Staudt, Wilfried; BIOml, Siegfried
Autoren des Buches:
Franz Gretzmeier
Technologie Grundlagen Elektrotechnik Grundlagen der Kfz-Elektrik
Kfz-ElektriklElektronik ZOndsysteme
Einspritzsysteme
Elektrische Standardanlagen (S. 168-186)
Sicherheits-und Komfortanlagen
Technische Mathematik Kfz-ElektriklElektronik Grundlagen der Elektrotechnik
Winkel und Zeiten bei ZOndanlagen
Elektrische Standardanlagen
Arbeitsplanung Kfz-ElektriklElektronik Grundlagen der Elektrotechnik
ZOndsysteme
Einspritzsysteme - Uberpriifung der Systembereiche
Elektrische Standardanlagen (S. 295-306)
Sicherheits-und Komfortanlagen
MeBtechnik der Kfz-ElektriklElektronik
Wilfried Staudt
Technologie Kraftfahrzeugmechanik Kurzfassung aus "Kraftfahrzeugtechnik, Technologie"
Wi/fried Staudt: Motor, KraftObertragung
Dieter Moos: Fahrwerk
Technische Mathematik Kraftfahrzeugmechanik Kurzfassung aus
"Kraftfahrzeugtechnik, Technische Mathematik
Motor, KraftObertragung, Bremsen
Arbeitsplanung Kraftfahrzeugmechanik Systeme der Kfz-Mechanik
Siegfried Bluml
Technologie Kfz-ElektriklElektronik Elektrische Standardanlagen (5. 156-167)
Technische Mathematik Kfz-ElektriklElektronik Elektrische Standardanlagen (5. 240-241)
Arbeitsplanung Kfz-ElektriklElektronik Elektrische Standardanlagen (S. 287-294)
Aile Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1996
UrsprOnglich erschienen beiFriedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft 1996
Das Werk einschlieBlich aller Teile ist urheberrechtlich geschOtzt. Jede Verwertung auBerhalb
der eng en Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzullissig
und strafbar. Das gilt insbesondere fOr Vervielfliltigungen, Obersetzungen, Mikroverfilmungen
und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Satz: Satzstudio Dietmar Pachlhofer, Pinswang/6sterreich
Bilder: Publishing Service Helga Schulz, Dreieich; Matthias Zimmermann, Staufen; Vieweg, Wiesbaden
Druck und buchbinderische Verarbeitung: Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich
Gedruckt auf sliurefreiem Papier
ISBN 978-3-663-01983-1 ISBN 978-3-663-01982-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-01982-4
v
Vorwort
Der Trend zum High-Tech-Auto hat zu einem hohen komponenten. Zum Verständnis der Funktionszu
Anteil an computer- und mikro-elektronisch gesteu sammenhänge des Gesamtsystems Kfz wurde zu
erten Anlagen im Kfz geführt und fordert bei der Dia sätzlich eine Kurzfassung der Kfz-Mechanik aufge
gnose, dem Service und der Reparatur vom qualifi nommen.
zierten Gesellen ein ausgeprägtes Systemwissen
und Systemverständnis. Das Buch deckt alle Lernziele und Lerninhalte der
Fachbildung des Rahmenlehrplanes der Kultusmini
Das vorliegende Buch enthält neben den elektro sterkonferenz zum Ausbildungsberuf des Kfz-Elek
technischen Grundlagen alle wesentlichen elektri trikers ab. Es hält sich an die von der Ausbildungs
schen und elektronischen Systeme eines Kraftfahr ordnung vorgegebene Struktur.
zeuges einschließlich der entsprechenden System-
Technologie Technische Mathematik Arbeitsplanung
• Grundlagen Elektrotechnik • Grundlagen Elektrotechnik • Grundlagen Elektrotechnik
• Kraftfahrzeugmechanik • Kraftfahrzeugmechanik • Kraftfahrzeugmechanik
• Kfz-Elektrik/Elektronik • Kfz-Elektrik/Elektronik • Kfz-Elektrik/Elektronik
Das Buch wendet sich aber auch an den in der Pra ben, die unter technologischen, mathematischen
xis tätigen Kfz-Mechaniker und Kfz-Elektriker, der und informationstechnischen Gesichtspunkten und
unter einem ständigen Weiterbildungsdruck steht Aspekten der Meßtechnik und Instandhaltung zu
und durch das vorliegende Buch wertvolle Informa analysieren sind.
tionen zu den unterschiedlichen elektrisch/elektroni
schen Systemen und den Systemkomponenten, Durch die Vielzahl von Meßwerten und Betriebsda
einschließlich der Betriebsdaten, erhält. Darüber ten stellt das Buch wertvolle erfahrungs- und ar
hinaus eignet sich das Buch zum Einsatz in Fach beitsbezogene Informationen zur Verfügung und er
und Meisterschulen. reicht damit eine enge Verzahnung von Theorie und
Praxis.
Der Sachinhalt ist in einer strukturierten Form dar
gestellt. Das umfangreiche Bildmaterial und ein kla Herausgeber, Autoren und Verlag danken allen Fir
rer Text unterstützen den Leser beim Erarbeiten der men, die bei der Beschaffung von Bildmaterial be
Informationen. hilflich waren und allen Autohäusern und Werkstät
ten, die uns fabrikatsspezifische Informationen und
Jedes Großkapitel der Technologie wird durch Wie Erfahrungen zur Verfügung gestellt haben.
derholungsfragen abgeschlossen. In der Techni
schen Mathematik dienen über 160 Aufgaben der Wiesbaden, im Februar 1996
Übung, der Vertiefung und dem unmittelbaren Ver
ständnis der technologischen Zusammenhänge. Die Wilfried Staudt
Arbeitsplanung umfaßt hauptsächlich Projektaufga- Herausgeber
VI Vorwort
Ergänzende Lehrbücher
Das Lehrbuch »KraftfahrzeugelektrikiKraftfahrzeug Besonders interessant für den Kfz-Mechaniker-Aus
elektronik« wird ergänzt durch das Lehrsystem zubildenden ist das Lehr- und Arbeitsbuch »Kraft
»Kraftfahrzeugtechnik« von Wilfried Staudt, dessen fahrzeugtechnik - Arbeitsplanung«. In ihm werden
3 Bände aufeinander abgestimmt sind und eine me 17 Projektaufgaben aus allen Gebieten der Metali
thodische Einheit bilden. Jeder Band ist jedoch so und Kraftfahrzeugtechnik unter technologischen,
aufgebaut, daß er auch einzeln einsetzbar ist. mathematischen und informationstechnischen Ge
sichtspunkten und Aspekten der Instandsetzung
ausführlich gelöst.
KRAF.TFAHRZEUG
VII
In haltsverzeich n is
Technologie Grundlagen Elektrotechnik
1 Grundlagen der Kfz-Elektrik
1.1 Zusammenhänge im elektrischen Stromkreis ... .. ............. .... ... .
1.1.1 Elektrischer Stromkreis ............................. ....... . 1
1.1.2 Grundgrößen Spannung - Stromstärke - Widerstand .. . ...... .... ... . 2
1.1.3 Zusammenhänge zwischen den elektrischen Grundgrößen ...... ... ... . 4
1.2 Schaltungsarten der Verbraucher ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. .. .. .. . 5
1.2.1 Reihenschaltung .. ... ....... ..... .. ...................... . 5
1.2.2 Parallelschaltung ... ....... ... . ........... ... ....... ... .. . 6
1.2.3 Gemischte Schaltung .. ..... ........ ... .. ... ..... ........ . . 6
1.3 Elektrische Schutzmaßnahmen ...... ... ... ... ..... .... ...... . .... . 7
1.3.1 Gefahren ........ .... ..... ... . ... ...................... . 7
1.3.2 Schutzmaßnahmen .. .. ..... . . .. .... .. .. ............ .. .... . 7
1.4 Elektronische Bauelemente .... ... ..... .. .. .. . .. ..... . ... . .. ..... . 8
1.4.1 Halbleiter - Silizium kristalle .... .... ... ........ .............. . 8
1.4.2 N-Halbleiter - P-Halbleiter 8
1.4.3 Dioden 9
1.4.4 Transistor .............. .. . .. ... . .. . ............ .. ..... . 10
1.4.5 Thyristor . .......... ... ... ...... ...... ... ........ . . .. . . . 11
1.4.6 Optoelektronik ...... .......... .... .. .... . ... ...... . .. ... . 12
1.4.7 Integrierte Schaltung .. .............. ...... ..... ...... ... ... . 13
1.4.8 Hybridtechnik .... .. ........ .. .. . .. ... . .................. . 13
1.5 Kondensator ............ ... .............. .... .... ... ......... . 14
1.5.1 Wirkungsweise und Kenngrößen ...... .. ..... .. . .............. . 14
1.5.2 Kondensator im Gleichstromkreis .. .......... .. ..... .... . ..... . 14
1.5.3 Kondensator im Wechselstromkreis ........... ............ .... . . 15
1.6 Magnetismus .. . ................. .. ...... ..... .. ............. . 15
1.6.1 Magnetfeld ..................... ... .... ... ............. . 15
1.6.2 Elektromagnet ..... . ............................... ... . . 16
1.6.3 Begriffe des Elektromagnetismus ...... ... .... .. ..... .... . ... . . 16
1.7 Spannungserzeugung in Spulen ....... .... ... ... .... ...... . ...... . 17
1.7.1 Induktionsgesetz ............. .. . .. ...................... . 17
1.7.2 Spule im Wechselstromkreis .. . . ... .. .. ...................... . 18
1.7.3 Spule im Gleichstromkreis .......... . . .. .... ....... ......... . 19
1.8 Strukturen elektronischer Steuer-und Regelsysteme .............. .. ... . 20
1.8.1 Logische Verknüpfungen ........ .. ......... . ............... . 20
1.8.2 Strukturen elektronischer Kfz-Systeme .......................... . 21
1. 8.3 Stromversorgungsschaltungen .... . .. ... ....... .... ..... . .... . 22
1.8.4 Betriebsdatenerfassung - Sensortechnik ... ...... . .. .. .. ... ... . . . 23
1.8.5 Datenverarbeitung im Fahrzeug .... .. ......... .... ...... .. ... . 30
1.8.6 Befehlsausgabe - Aktortechnik ... ..... . . .... ..... ..... .. ..... . 31
VIII Inhaltsverzeichnis
I Technologie Kraftfahrzeugmechanik I
2 Motor
35
2.1 Otto-Viertaktmotor ..... .. .... .. .... .. . ...... .. ..... ...... .. .... 35
2.1.1 Viertaktverfahren .. . .... ... ... ... .. .... ..... .. ........ ... . 35
2.1.2 Funktionsgruppen und Funktionselemente des Motors .............. .. 41
2.1.2.1 Zylinderkopf .... ... ... ..... ..... ..... ...... .... .. 42
2.1.2.2 Zylinderkurbelgehäuse . ... ...... .. ... ....... ... ... .. 43
2.1.2.3 Kolben .. ... ... .... ... ..... ........ ..... ... ... .. 44
2.1.2.4 Kolbenringe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. 4 . . . . . . . ..
2.1.2.5 Kolbenbolzen .... .... .. ....... .............. ..... 45
2.1.2.6 Pleuelstange ... ............... .... .... .. .... ... .. 45
2.1.2.7 Kurbelwelle ... .. ... ... .. ...... . .. .. ......... ..... 46
2.1.2.8 Pleuellager und Kurbelwellenlager .... ..... .. .... .. ..... 46
2.1.3 Motorsteuerung ... ..... . ... ... ... ...... .. ... .... .. .. . .. .. 47
2.1.3.1 Steuerdiagramm ................. . ... ... ... ...... . 47
2.1.3.2 Benennung der Motoren nach Lage der Nockenwelle .. .... .. . 48
2.1.4 Gemischbildung beim Ottomotor ... ... .. ..... .. .... ... .. .. ..... 49
2.1.4.1 Mischungsverhältnis . ... ... .. .... ... ........ ...... .. 49
2.1.4.2 Kraftstoffe ........ ..... .. .. .... ...... .. .. ....... 50
2.1.4.3 Kraftstoffsystem .... .... .. . .. ....... .......... .... . 52
2.1.4.4 Luftfilter .. .... .... ... .. ... .............. .. . ..... 52
2.1.4.5 Ansaugluftvorwärmung ..... .. ....... ..... ... .... ... 52
2.1.4.6 Gemischbildung durch Vergaser ....... . . . . . . . . . . ... . . .5 3
2.1.4.7 Gemischbildung durch Benzineinspritzung .. ... .... ... .... . 55
2.1.5 Abgasentgiftungsanlage ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .5 6 . . . . .
2.1.6 Motorschmierung ....... ..... .... .. ....... ..... ..... ...... 58
2.1.6.1 Motoröl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . 5.8 . . . . . . . .
2.1.6.2 Druckumlaufschmierung .. .. .... .... ... .... .... ..... . 60
2.1.7 Motorkühlung ... .... .... .. .. ... .... ..... .... ....... .... . . 62
2.1.7.1 Pumpenumlaufkühlung .. ... .......... ... ... ... ..... . 62
2.1.7.2 Lüfter ... ....... ... .. .. ........ .. ...... ... .... . . 63
2.2 Zweitaktmotor .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . 6. 4 . . . . . . . . .
2.2.1 Zweitaktverfahren .... ... ... .. ... ... ... .... ... .... .. ...... . 64
2.2.2 Spülverfahren .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 . . . . . . . . . .
2.2.3 Vergleich Viertaktmotor - Zweitaktmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . 6.5 . . .
2.3 Dieselmotor ... ........ .. .... ... ... .... .. ..... .. .... ... ....... 66
2.3.1 Arbeitsweise des Dieselmotors ..... ...... .. ...... .. .. ... .. .. .. 66
2.3.2 Gemischbildung beim Dieselmotor .. ........ . . . . . . . . . . . . .. .. .6 7. .
2.3.2.1 Direkte Einspritzung ..... .... .. .. ... ... ... .. ... .. .. . 67
2.3.2.2 Indirekte Einspritzung .. ... .... ..... . ... .. ... ... .. ... 67
2.3.3 Dieseleinspritzanlage .... ........ .. ... ... .. . . . . . . . . . . . . . .6 8 ..
2.3.3.1 Reiheneinspritzpumpe . .. .. .. .. .. .... .. . . . . . . . . ... . . 69
2.3.3.2 Verteilereinspritzpumpe ....... . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 . . . .
2.3.3.3 Düsenhalter und Einpritzdüsen .. . . . . . . . . . . . . . . ... . .7 4. . .
2.3.3.4 Diesel-Vorglühanlage ..... ... .. ..... .... .... ........ 75
2.3.4 Abgastechnik beim Dieselmotor .... .. .. ... ........ . .. .... .. ... 75
2.3.5 Vergleich Ottomotor - Dieselmotor .. ... ....... .. ..... ..... ..... 76
2.4 Ladermotor 77
Inhaltsverzeichnis IX
3 Kraftübertragung 80
3.1 Reibungskupplung 80
3.2 Schaltgetriebe .................................... . . . . . . . . . . .. 81
3.2.1 Anpassung Motor - Fahrbetrieb durch Getriebe ..................... 81
3.2.2 Schaltgetriebe mit Synchronisiereinrichtung ....................... 82
3.2.3 Automatisches Getriebe ..................................... 83
3.2.3.1 Drehmomentwandler ............................... 83
3.2.3.2 Planetengetriebe .................................. 85
3.2.3.3 Hydraulische Steuerung ............................. 86
3.3 Wellen und Gelenke ............................................ 88
3.3.1 Gelenkwellen ............................................ 88
3.3.2 Angetriebene Achswellen .................................... 89
3.4 Achsantrieb .................................................. 90
3.4.1 Achsgetriebe ............................................ 90
3.4.2 Kegelradausgleichsgetriebe .................................. 90
3.4.3 Ausgleichssperren ........................................ 91
4 Fahrwerk 92
4.1 Lenkung ..................................................... 92
4.1.1 Lenktrapez ........................................... .. 92
4.1.2 Lenkgetriebe ............................................ 92
4.1.3 Hilfskraftlenkung .......................................... 93
4.2 Federung 93
4.3 Schwingungsdämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94
4.3.1 Stoßdämpfer ............................................ 94
4.3.2 Stoßdämpfer im Verbundbau ................................. 94
4.4 Radaufhängung ............................................... 95
4.4.1 Einzelradaufhängung ...................................... 95
4.4.2 Stellung der Vorderräder .................................... 95
4.5 Hydraulische Bremse ........................................... 96
4.5.1 Grundprinzip ............................................ 96
4.5.2 Bremssysteme ........................................... 96
4.5.3 Tandem-Hauptzylinder ..................................... 96
4.5.4 Tandemhauptzylinder mit Zentralventil .......................... 98
4.5.5 Radbremsen ............................................ 99
4.5.6 Unterdruck-Bremskraftverstärker ............................... 100
4.5.7 Bremskraftverteilung ....................................... 100
4.5.8 Bremskreisaufteilung nach DIN 74000 ........................... 101
4.5.9 Bremsleitungen, Bremsschläuche .............................. 101
4.5.10 Bremsflüssigkeit .......................................... 101
4.5.11 Gesetzliche Bestimmungen .................................. 101
x
Inhaltsverzeichnis
Technologie Kfz-Elektrik I Elektronik
5 Zündsysteme 103
5.1 Herkömmliche Zündanlage .... .. ..... ... . ... .... . . . .... . .... .. .. . 103
5.1.1 Übersicht ..... .. .... .... ... .. ........ . .. .... ...... ... . . . 103
5.1.2 Zündspule ..... ...... . .... .. .. ....... .... ... ... . ....... . 103
5.1.3 Hochspannungserzeugung .... ... ........ .... ..... ... .... . . . . 103
5.1.4 Steuerung des Primärstromes .. . .... ........ .... .. ... .. . .. . . . 104
5.1.5 Aufgabe des Zündkondensators ..... ...... .. ... . .. .... . ...... . 104
5.1.6 Hochspannungsverteilung ..... .. . .. .. . . ..... .... ... ... . .... . 104
5.1.7 Mechanische Zündwinkelanpassung ... . .. .. ...... .... .. ... .... . 104
5.2 Einfache elektronische Zündsysteme 106
5.3 Systeme mit elektronischer Zündwinkelanpassung .. ..... ... .. .......... 107
5.3.1 Zündkennfeld ............ . ... .. . ..... .. .... .... .... . ... . . 107
5.3.2 Informationen für die elektronische Zündwinkelanpassung ... .... ... ... 107
5.3.3 Varianten bei der Erfassung von Kurbelwellenposition und Motordrehzahl 107
5.3.4 Möglichkeiten der Erfassung der Motorlast .... .. . .... ... ... .. .... . 107
5.3.5 Erfassung der Motortemperatur und der Lufttemperatur .. ... .... .. .... 108
5.3.6 Erfassung der DrosselklappensteIlung . ... ... ... ... .. .. . .... ... . . 108
5.3.7 Oktanzahl-Variantencodierung .... . . . ... . ... .. ... .. . ... .. ... . 108
5.3.8 Klopfregelung . . .. ... .... .... ... . ...... .... .. .. ...... ... .. 108
5.4 Zündsysteme mit ruhender Hochspannungsverteilung 109
5.5 Wärmereduzierung in Zündspulen .. .... .. .. ... ... ... ..... .. ... ... .. 110
5.5.1 Zündanlagen mit Vorwiderstand ..... ... ... ....... ... .. ... ..... 110
5.5.2 Schließzeitanpassung - Schließwinkelanpassung .... .... .......... . 111
5.5.3 Ruhestromabschaltung ... . . .. ... ... ... ...... .. ... . ... .. .... 112
5.6 Oszillogramme der Zündsysteme .. .. .. . .. ........... .... .... ... .... 113
5.6.1 Anschlüsse eines Zündungsoszilloskops ..... ........ . ... .. ..... . 113
5.6.2 Grundform des Spannungsverlaufs in den Oszillogrammbildern .... . ..... 113
5.7 Zündkerzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. .1 1. 4. . . . . . . . . . .
6 Einspritzsysteme ... .. .... .. ... .. ... .. .. ... ... .. .... ... .. ... .. . 117
6.1 Kraftstoffbereitstellung - Übersicht 117
6.2 Komponenten der Kraftstoffbereitstellung ... .... .. ... .... .. . . . . . . . . . . 118
6.2.1 Elektrokraftstoffpumpe .... ... .. ... .... . .. . . .. ...... . .. . ... . . 118
6.2.2 Kraftstoffdruckspeicher . . . .... . ... ...... .. ... .. ... . .. . ..... . 118
6.2.3 Kraftstoffilter .. .... .. .... .. ... ... .. ... . . . .. . . . . . . . . . . .1 1.9 . .
6.2.4 Schwingungsdämpfer .... .. . .. .. ..... . . .. . .. ... . . ... . . .. . . . 119
6.2.5 Fördereinheit .. .. ..... . . ... . ... ............. . . . . ... ..... . 119
6.2.6 Systemdruckregler ... . ... .. . . .... ... ........ .. ... . .. . ... . . 120
6.2.7 Einspritzventile . ... .. .... .. .. ... . ..... .... .. . . . ... . . . . .. .. 120
6.3 Begriffe und Zusammenhänge 121
6.4 Anforderungen an die Gemischzusammensetzung 121
6.5 K-Jetronic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 2. 2 . . . . . . . . . . . . .
6.5.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 .2 2 . . . . . . . . . . . .
6.5.2 Arbeitsweise der Systembereiche .... .... ... ... . ...... .. . ... .. . 123