Drehzahl, Motortemperatur & mehr: Wie der CUMPAN an jedem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann
Am Beispiel des CUMPAN Universal erklärt dieser Beitrag, unter welchen technischen Voraussetzungen das System an Verbrennungsmotoren unterschiedlichster Bauart eingesetzt werden kann. Im Fokus stehen dabei Messgrößen wie Drehzahl, Motortemperatur und weitere Motordaten sowie die grundlegenden Prinzipien ihrer Erfassung – unabhängig von Fahrzeugtyp oder Hersteller. Für viele Fahrzeuge existieren bereits konkrete Einbaubeispiele und fahrzeugspezifische Anleitungen, dieser Artikel richtet sich jedoch bewusst an alle, für deren Fahrzeug es noch keine dokumentierte Lösung gibt, und erläutert die technischen Grundlagen hinter den einzelnen Messfunktionen. Die beschriebenen Prinzipien gelten dabei für 2- und 4-Takt-Motoren, Ein- bis Mehrzylinder sowie für Benzin- und Dieselmotoren – vom Motorrad über PKW bis hin zu Nutzfahrzeugen und vergleichbaren Anwendungen.
Grundsätzlich
Der CUMPAN wurde für den Einsatz an Verbrennungsmotoren entwickelt und dient als zentrales Anzeigeinstrument zur Überwachung relevanter Motordaten. Er ermöglicht unter anderem die Anzeige von Drehzahl, Temperaturen, Schaltblitz, Gang, Öldruck sowie Lambda- bzw. AFR-Werten – abhängig von der angeschlossenen Sensorik.
Welche Messgrößen letztendlich angezeigt werden können, hängt zum einen von der vorhandenen Fahrzeugtechnik und den verfügbaren Signalen ab. Zum anderen ist entscheidend, welche zusätzlichen Sensoren installiert werden können, etwa für Temperatur- oder Druckmessungen.
12V Stromversorgung
Eine stabile 12V-Versorgung ist die grundlegende Voraussetzung für den Betrieb des CUMPAN. Die Stromversorgung sollte an einer geschalteten und abgesicherten Leitung (Klemme 15) erfolgen, sodass das Gerät nur bei eingeschalteter Zündung mit Spannung versorgt wird. Eine direkte Versorgung über Dauerplus kann zu unerwünschtem Batterieverbrauch führen und ist daher nicht zu empfehlen. Ebenso ist auf eine ausreichend abgesicherte Spannungsquelle zu achten, um das Bordnetz und das angeschlossene Gerät zuverlässig zu schützen.
Je nach Fahrzeug stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung, eine geschaltete 12V-Leitung abzugreifen. Häufig sind bereits vorbereitete Anschlüsse für Nebenverbraucher vorhanden. Alternativ können Sicherungsabzweiger oder geeignete Abzweigverbinder verwendet werden. Typische Anschlussstellen und Beispiele für geschaltete 12V-Leitungen sind in einer separaten Anleitung zusammengefasst: Anschluss an eine geschaltete 12V-Versorgung (PDF)
Drehzahlanzeige
Das Drehzahlsignal wird in der Regel über den Kurbelwellenpositionssensor erfasst. Dieser Sensor ist bei Verbrennungsmotoren mit elektronischer Zündung vorhanden, da sein Signal für die Bestimmung des Zündzeitpunkts und – je nach Motorkonzept – auch für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird. Der Kurbelwellenpositionssensor ist typischerweise im Bereich der Kurbelwelle oder des Schwungrads angeordnet, häufig in Form eines Impulsgebers.
In den meisten Fällen handelt es sich um einen induktiven Sensor mit zwei Leitungen (Signal und Masse). Seltener kommen Hallgeber mit drei Leitungen zum Einsatz, bei denen zusätzlich eine Spannungsversorgung erforderlich ist. Das relevante Drehzahlsignal kann anhand von Schaltplänen, durch elektrische Messungen oder anhand der Signalcharakteristik am Drehzahleingang des Geräts identifiziert werden.
Die direkte Erfassung des Drehzahlsignals am Kurbelwellenpositionssensor ist deutlich präziser und weniger störanfällig als eine indirekte, induktive Abnahme am Zündkabel. Hilfreich zur Lokalisierung des Kurbelwellenpositionssensors sind technische Explosionszeichnungen, wie sie in öffentlich zugänglichen Fahrzeugdatenbanken dokumentiert sind, z.B. unter en.microfiches.net.
Schaltblitz
Der Schaltblitz ist eine Anzeigefunktion, die beim Erreichen einer definierten Drehzahlschwelle eine optische Rückmeldung über das Display ausgibt. Er kann sowohl zur Warnung vor überhöhter Drehzahl als auch zur Anzeige eines gewünschten Schaltzeitpunkts genutzt werden. Die Schaltblitzfunktion arbeitet signalbasiert und ist nicht an fahrzeugspezifische Komponenten gebunden. Voraussetzung ist lediglich ein gültiges Drehzahlsignal, sodass diese Funktion unabhängig vom Fahrzeugtyp eingesetzt werden kann.
Zusätzlich kann der Schaltblitz in Beziehung zur Motortemperatur gesetzt werden. Dadurch lässt sich ein temperaturabhängiger Drehzahlschwellenwert definieren, der beispielsweise ein drehzahlreduziertes Warmfahren des Motors unterstützt. So kann der Schaltblitz bei niedriger Motortemperatur bereits bei einer geringeren Drehzahl auslösen und den zulässigen Drehzahlbereich mit zunehmender Motortemperatur schrittweise freigeben. Der zugehörige Schwellenwert für Drehzahl in Abhängigkeit von der Motortemperatur ist frei konfigurierbar.
Beispiel: Bei einer Motortemperatur unter 60 °C kann der Schaltblitz bereits bei 4.500 U/min auslösen. Sobald die Motortemperatur 60 °C erreicht hat, wird die Warnschwelle auf 7.500 U/min angehoben. Wird keine temperaturabhängige Warnung gewünscht, kann der Schaltblitz alternativ auf die maximale zulässige Drehzahl eingestellt werden und bleibt damit im normalen Fahrbetrieb ohne aktive Warnfunktion.
Motortemperatur
Die Motortemperatur zählt zu den wichtigsten Messgrößen zur Beurteilung des Betriebszustands eines Verbrennungsmotors. Sie liefert frühzeitig Hinweise auf thermische Überlastung, unzureichende Schmierung oder Kühlprobleme und ist eine zentrale Größe für die Wahl einer angemessenen Drehzahl. Zur Erfassung der Öl- oder Kühlwassertemperatur wird ein Sensor in einem Bauteil montiert, das im direkten Kontakt mit dem jeweiligen Medium steht. An vielen Motoren sind dafür bereits Blindstopfen, Serviceöffnungen oder ungenutzte Gewinde vorhanden, die sich für diesen Zweck eignen.
Welche Temperatursensoren in unterschiedlichen Bauformen und Gewindegrößen verfügbar sind, ist auf der Produktseite des Temperatursensors zusammengefasst.
Öl- oder Kühlwassertemperatur – welche Messgröße ist sinnvoll?
Das Kühlwasser reagiert in der Regel schneller auf Temperaturänderungen als das Motoröl. Entsprechend erreicht die Kühlwassertemperatur häufig bereits den normalen Betriebsbereich, während Motorblock und Öl noch nicht vollständig durchgewärmt sind. Eine Überhitzung des Motoröls ist dagegen deutlich kritischer. Sie kann zu einem Abreißen des Schmierfilms, beschleunigtem Verschleiß oder zur thermischen Überlastung von Dichtungen und Lagern führen. Aus diesem Grund ist die Öltemperatur ein besonders aussagekräftiger Indikator für den tatsächlichen thermischen Zustand des Motors.
Idealerweise werden beide Temperaturen überwacht. Da jedoch bei den meisten wassergekühlten Motoren bereits serienmäßig eine Kühlwassertemperaturüberwachung vorhanden ist, bietet sich in vielen Fällen die zusätzliche Überwachung der Öltemperatur an. Bei luft- oder luftölgekühlten Motoren stellt sich diese Abwägung nicht, da hier ausschließlich die Öltemperatur als relevante Messgröße zur Verfügung steht.
Umgebungstemperatur
Die Umgebungstemperatur wird grundsätzlich erfasst. Hierfür ist standardmäßig ein Temperatursensor direkt im Gerät integriert. Ob die Umgebungstemperatur im jeweiligen Displaylayout angezeigt wird, hängt von der gewählten Konfiguration ab. Die Temperatureinheit kann zwischen Celsius und Fahrenheit umgestellt werden. Abhängig von der Positionierung des Geräts kann die angezeigte Umgebungstemperatur im Stand oder bei geringer Fahrtgeschwindigkeit durch aufsteigende Motorabwärme beeinflusst werden. Dieser Effekt ist konstruktionsbedingt und stellt keine Fehlfunktion dar.
Analogeingänge
Der CUMPAN verfügt über zwei analoge Eingänge (IN1 und IN2), über die Spannungssignale im Bereich von 0 bis 5 V erfasst und ausgewertet werden. Diese Eingänge sind frei belegbar und können – abhängig von der vorhandenen Fahrzeugtechnik und der angeschlossenen Sensorik – für unterschiedliche Messgrößen genutzt werden.
Ganganzeige / Geschwindigkeitsanzeige
Ein vorhandener Gangsensor kann genutzt werden, um die Anzeige um eine Ganganzeige zu erweitern. Voraussetzung hierfür ist, dass das Fahrzeug tatsächlich über einen Gangsensor verfügt, der ein analoges Spannungssignal ausgibt. Der CUMPAN ist in der Lage, diese Spannungswerte auszuwerten und den einzelnen Gängen zuzuordnen. Hierfür steht eine Kalibrierfunktion zur Verfügung. Alternativ kann der eingelegte Gang rechnerisch aus Drehzahl und Geschwindigkeit ermittelt werden. Hierfür ist ein zusätzlicher REED-Sensor erforderlich, der die Umdrehungen von Rad oder Ritzel erfasst.
Zusätzliche Motortemperaturen
An den analogen Eingängen des CUMPAN kann eine weitere Motortemperatur angeschlossen werden. Dadurch ist es möglich, neben der primären Motortemperaturerfassung beispielsweise auch die Kühlwassertemperatur zu überwachen. Für die Erfassung einer zusätzlichen Motortemperatur ist ein entsprechender Temperatursensor sowie das Zusatzmodul Motortemperatur 2 erforderlich. Für die Überwachung der Kühlwassertemperatur bietet sich der Adapter für Kühlkreisläufe an, der in unterschiedlichen Durchmessern verfügbar ist.
Öldruck
Der Öldruck ist ein zentraler Messwert zur Überwachung des Motorzustands. Er liefert Rückschlüsse auf den Verschleiß des Motors, die aktuelle Viskosität des Öls sowie auf mögliche Störungen wie Ölverdünnung oder Ölmangel. Viele Motoren sind serienmäßig mit einem Öldruckschalter ausgestattet. Ein zusätzlicher Öldrucksensor misst den tatsächlichen Öldruck kontinuierlich (Messbereich 0–10 bar). Der originale Öldruckschalter bleibt zur Warnfunktion erhalten, der zusätzliche Sensor wird ergänzend installiert.
Lambda / AFR
Für eine präzise Beurteilung des Luft-Kraftstoff-Gemischs ist bei Benzinmotoren mit geregeltem Katalysator eine Breitband-Lambdasonde in Verbindung mit einem geeigneten Lambda-Controller erforderlich. Die vom Controller bereitgestellten Signale können vom CUMPAN erfasst und als Lambda- oder AFR-Werte dargestellt werden.
Zusammenfassung
Der Einsatz des CUMPAN hängt nicht vom konkreten Fahrzeugmodell ab, sondern von den vorhandenen Signalen und der Möglichkeit, zusätzliche Sensoren zu integrieren. Drehzahlsignal, Spannungsversorgung sowie geeignete Einbaupunkte für Temperatur-, Druck- oder Lambdasensoren bilden die technischen Grundlagen, die bei allen Verbrennungsmotoren vergleichbar sind. Auch wenn für ein bestimmtes Fahrzeug noch keine fahrzeugspezifische Einbauanleitung existiert, lässt sich anhand dieser Prinzipien beurteilen, welche Messgrößen erfassbar sind und welche Zusatzkomponenten dafür benötigt werden. Der CUMPAN ist damit ein flexibles Anzeige- und Überwachungssystem, das an die jeweilige Fahrzeugtechnik angepasst werden kann.
