Sensoren und Messwerte

Grundlagen

Aufgabe der Sensoren ist es, der Steuerung eine Datenbasis für die Regelung zur Verfügung zu stellen. Dies bedeutet, dass relevante Parameter ausgelesen bzw. durch entsprechende Sensoren erfasst und an die Steuerung weitergeleitet werden müssen.

Da für mich aus Sicherheitsgründen und mangels ausreichender Erfahrung kein direkter Eingriff in die Fahrzeugelektronik (CAN-Bus, OBD-Bus beim Passat 3B) in Frage kommt, werden die Meßwerte parallel durch eigene Sensoren erfasst.

Folgende Meßwerte sind hierfür interessant:

  • Temperatur
  • Druck (Ladedruck, Sog)
  • Füllstand (Tankpegel)
  • Drehzahl

Die Kraftstofftemperatur ist der (!) relevante Betriebsparameter für das Umschalten auf Poel wie auch für die Steuerung eines kurzgeschlossenen Rücklaufes. Weitere Infos dienen – überspitz ausgedrückt – nur zum Finetuning bzw. zur Überwachung und Information. Desweiteren können über die Temperaturdifferrenz zwischen Vor- und Rücklauf der Einspritzpunkte Rückschlüsse auf die “Durchwärmung” der ESP gezogen werden.

Drehzahl, Ladedruck wie auch die Abgastemperatur eignen sich Schwachlast- und Leerlauferkennung. Infos über den Tankfüllstand für den zusätzlichen Tank eines Zweitank-Umbaus ist ebenfalls für den sicheren Betrieb erforderlich.

Geeignete Sensoren

Temperatur

Als billiger, einfach zu beziehender analoger Sensor für die Temperaturmessung eignen sich KTY81 Sensoren. Durch eine geeignete Hilfsschaltung mit Hilfe eines parallel geschalteten Wiederstands kann die nicht-lineare Kennlinie des PTC-Sensors im Rahmen der Messgenauigkeit ausreichend linearisiert werden. Hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Betriebsspannung oder an die Genauigkeit der Sensorspeisespannung werden nicht gestellt. Die Umrechnung in Grad Celsius wird hier erläutert.

Alternativ ist als digitaler Sensor mit eingebautem A/D-Wandler ein DS1621 denkbar. Dieser kann mittels I2C an das Mikrocontrollerboard angeschlossen werden. Nachteil dieser Lösung sind die Kosten des Sensors (einige Euro) sowie die erforderliche Peripherie zur Adress-Einstellung (Jumper, DIL-Bausteine) sowie 4 Kabel je Sensor. Ein DS1820 kann als Temperatursensor über SPI angeschlossen werden.

Soll die Abgastemperatur gemessen werden, so könnten hierfür Hochtemperatursensoren wie z. B. ein PT1000 zum Einsatz kommen. Erfahrungen liegen hiermit noch nicht vor.

Druck

Die meisten auf dem Markt verfügbaren Drucksensoren liefern analoge Signale im Millivoltbereich. Diese können nur über Operationsverstärker etc. an einen Mikrocontroller angeschlossen werden. Mir fehlt hier die Erfahrung.

Motoralla liefert Drucksensoren der MPX-Baureihe, die eine lineare Kennlinie mit einem Ausgangssignal im Voltbereich liefern. Die Peripherie beschränkt sich hier auf einige Kondensatoren zur Entstörung. Geeignet sind hier insbesondere die Typen MPX4250AP (Absolutdruck) sowie MPX5100DP (Differentialdruck). Lieferzeit und Verfügbarkeit sind allerdings schlecht.

Drehzahl

Die Drehzahlmessung wird am besten über die Möglichkeiten des Mikrocontrollers direkt gelöst. Ein als Counter konfigurierter Timer zählt die Drehzahlimpulse – meist über Klemme N im Auto abgreifbar – und erlaubt so bei periodischer Abfrage die Drehzahl ermitteln.

Füllstand

Füllstandssensoren sind zumeist Potentiometer, die je nach Füllstand einen Wiederstand im Bereich 0 – x00 Ohm aufweisen. Auf Grund des geringen Wiederstands (und damit hohen Stroms) ist keine Messung über eine Lösung wie für die Temperatursensoren verwendet möglich. Ein vorgeschalteter Wiederstand könnte den Strom auf verträgliche Größe beschränken, die Messgenauigkeit leidet aber darunter.

Alternativ ist die Messung über eine Konstanststromquelle mit Hilfe eines LM317 möglich. Diese Schaltung verwendet einen LM317 als Konstantstromquelle mit Schutzdioden. Nähere Infos hierzu sind auch im Datenblatt des Chips zu finden.