Drehzahlerfassung VW EA211

Themen rund um die erstmalige Inbetriebnahme des Motors
kordel
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Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Hallo Motorenfreunde,

ich habe vor, einen Motor ohne Fahrzeug für einen Prüfstand vorzubereiten.
Dazu soll eine Trijekt Premium T401 inkl. E-Gastreiber und Softwarestand 6.60 verwendet werden.
Bei dem Motor handelt es sich um eine Kombination eines CHZD und CHYA der Baureihe VW EA211. Dies sind 1,0 l Dreizylindermotoren, der erste ein abgasturboaufgeladener Direkteinspritzer, der zweite ein Multipoint-Saugrohreinspritzer im Saugbetrieb.
Ersterer ist beispielsweise im Audi A1 GB (seit 09/2018) oder im VW up! GTI (seit 12/2017) verbaut.
Da die Trijekt nach bisherigem Kenntnisstand keine Direkteinspritzinjektoren ansteuern kann, ist das Saugrohr umgebaut und mit Einspritzdüsen für den Multipoint-Saugmotor ausgestattet worden. Die Öffnungen für die Direkteinspritzdüsen sind verschlossen bzw. für einen Indizierdruckssensor vorgesehen.
Für die Drehzahl- und OT-Bestimmung sind die Originalsensoren des Motors verwendet worden. Das Kurbelwellensignal wird mit einem Induktivsensor (mit drei Pins, daher wahrscheinlich ein induktiver Schließer (auf Masse)), an einem 60-2-Geberrad ermittelt.
Das Nockenwellensignal über einen Hallgeber. Das NW-Geberrad besitzt zwei hohe und zwei niedrige Bereiche.
Da der Motor derzeit keinen Starter besitzt wird er zu Versuchszwecken mit einem Akkuschrauber angetrieben, der an der Schraube der Kurbelwellenriemenscheibe angesetzt wird. Zudem sind die Zündkerzen ausgebaut worden um die aufzubringende Leistung zu verringern.
In folgender Abbildung ist ein Auszug aus dem Oszilloskop zu sehen, der bei der Betätigung des Akkuschraubers die Signale der an der Trijekt angeschlossenen Sensoren zeigt.
Das obere/blaue Signal ist das der Kurbelwelle (linke Skala). Der Pegel liegt bei 5V und wird durch das Vorbeiziehen der Zähne auf Masse gezogen. Da dies nur der Fall ist, wenn sich die Kurbelwelle dreht, scheint es sich wirklich um einen induktiven Sensor mit integrierter Schaltung zu handeln.
Das Nockenwellensignal wird durch den unteren/roten Graphen wiedergegeben (rechte Skala).
Die Spannungen beider Sensoren bewegen sich zwischen 0 V und 5 V. Mit dem Oszilloskop wurde auch die Drehzahl des Startvorgangs mit dem Akkuschrauber ermittelt. Sie beträgt in etwa 340 1/min.
Das Signal ist in folgender Abbildung zu sehen.
Signal_KW_NW
Signal_KW_NW
In den Einstellwerten der Trijekt sind folgende (relevante) Werte eingetragen:
Typ der Drehzahlerfassung: 10 (Bosch ME7)
Empfindlichkeit für niedrige und hohe Drehzahl: 0 (KW- und NW-Geber beide als Hallgeber 2,0V)
Fallende Flanke: 1
Impulse pro Umdrehung: 58

Interessant ist vielleicht noch in der Kategorie Start:
Startdrehzahl: 500 1/min

Mit diesen Einstellwerten wurde bei dem Drehzahltest folgendes Bild erzeugt.
Drehzahltest_Trijekt
Drehzahltest_Trijekt
Es wurden immer zwischen 54 und 57 Zähne ermittelt, aber leider nicht die eigentlichen 58. Zudem ist die Zeit der Lücke viel zu hoch. Bei zwei fehlenden Zähnen sollte sie drei mal die normale Zeit zwischen dem Impulsen betragen, jedoch kommt man bei diesem Test auf das sechs- bis achtfache.

Ich habe auch andere Parameter ausprobiert; mehr oder weniger Zähne pro Umdrehung bei fallender/steigender Flanke mit anderen Startdrehzahlen auch unter 300 1/min und anderen Empfindlichkeiten der Drehzahlerfassung. Leider kam ich zu keinem kontinuierlich zufriedenstellenden Ergebnis.
Mit den angegebenen Einstellwerten hat die Erfassung für einen kurzen Moment des Startvorganes mit dem Akkuschrauber funktioniert und 340 1/min angezeigt. Nach ein paar Sekunden wurd sie aber nicht mehr angezeigt.
Für den Überblick hier eine Abbildung des KW-Gebers am Geberrad.
KW_Geber_Position
KW_Geber_Position
Kann mir jemand Tipps dazu geben, was bei den Einstellwerten falsch eingestellt sein könnte oder welche Fehler bei gegebener Darstellung vorliegen können?

Danke für das Durchlesen und eventuell über Hilfe.

Grüße

kordel

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Tobi
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

Hallo,

das ist wirklich interessant.
Die Impulse sind aufgrund des Aufbaus des Triggerrades an der Kurbelwelle extrem kurz.
Das sind ja nur Nadelimpulse.
Es könnte durchaus sein, dass die Steuerung damit ein Problem hat.

Deine Einstellungen sind korrekt.
Das Bild sieht einigermaßen brauchbar aus.
Besser wäre es wenn die Impulse länger wären.

Ist das Oszibild bei angeschlossener Steuerung entstanden? Wenn nein, dann mach bitte mal eine Aufzeichnung wenn die Steuerung mit an den Sensoren dran hängt.

Wäre ein Tausch des Triggerrades eine Option?
Es könnte evtl. sein, dass z.B. VAG Nummer 030103171L oder 036105189C passt. Da sind Zähne und Lücken gleich breit.


Gruß
Tobi

kordel
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Hallo Tobi,

danke für deine Antwort.

Das Oszibild ist mit angeschlossener Trijekt entstanden. Wenn diese nicht angeschlossen ist, ist das Signal nicht wirklich aussagekräftig. Es fehlt der Pullup-Widerstand. Wenn man einen solchen Widerstand zwischen die Signal- und die Versorgungsleitung schaltet, sieht das Bild aus wie mit angeschlossener Trijekt.

Ein Umbau wäre möglich, wenn er das Probem lösen würde, jedoch dachte ich, dass die Trjekt eben mit Bosch ME7-Systemen arbeiten kann, weswegen das Steuergerät angeschafft wurde.
Habe ich falsch recherchiert, oder sind die 030103171L oder 036105189C VAG-Nummern von Dichtflanschen statt von Triggerrädern?

Hast du schon mal mit einem solchen Drehzahlsignal gearbeitet?

Gruß kordel

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Tobi
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

Das was du da hast ist auch prinzipiell wie bei ME7. Nur dass bei ME7 die Zähne und Lücken gleich breit sind.

Das Oszibild ist mit nem PicoScope aufgenommen oder? Kannst du mir die Datei mal schicken oder hier anhängen? Dann sehen wir uns das am Montag mal genauer an.

Das Triggerrad ist mit dem Dichtflansch zusammen. Kann man auf den Bildern nicht so gut erkennen.

Schalte doch mal bitte testweise einen Widerstand (22k) zwischen Drehzahlsignal und Signalmasse.
Evtl. könnte es dann schon funktionieren.


Gruß
Tobi

kordel
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Hallo Tobi,

zu den Triggerrädern/Dichtflanschen: Danke dir, ich werde es mal in Erwägung ziehen, wenn andere Optionen kein Ergebnis zeigen.
Dass die normalen ME7-Räder gleich breite Zähne und Lücken haben, war mir nicht bewusst, danke!

Ja die Daten sind mit dem Picoscope aufgezeichnet worden. Der Datensatz befindet sich im Anhang und ist verpackt, da das Forum das Originalformat der Picoscopedateien nicht zulässt.

Ich werde nächste Woche mal ausprobieren, ob ein Widerstand zwischen Signal- und Masseleitung was bringt.
Wenn aber in der Trijekt bereits ein Pullup-Widerstand verbaut ist, durch den der Pegel des Drehzahlsignals auf 5 V gehoben wird, würde ich dann doch die 5 V- Versorgung mit Masse verbinden, oder nicht?
Versuchen werde ich es mal, ich denke, dass dabei nichts kaputt gehen wird.

Danke und Grüße!

kordel
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2020_05_08_KW-NW-Signal_Motor_mit_Trijekt.zip
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Tobi
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

In der Steuerung ist ein 22k pull-up drin.
Die gesamte Eingangsbeschaltung ist relativ komplex. Es ist auch ein Filter drin, der kurze Spannungsspitzen (Störungen) raus filtert. Genau der könnte bei deiner Signalform die Probleme machen. Es könnte evtl. sein, dass das Signal nach der Lücke nicht lang genug auf Low Pegel liegt um intern auch Low Pegel zu erreichen. Erst nach ein Paar Zähnen wird wieder Low Pegel erreicht.

Wenn du einen 22K Widerstand gegen Masse schaltest, wird das Grundsignal von einem 0-5V Reckteck zu einem 0-2,5V Reckteck (so ungefähr). Damit ist der Weg von high zu low nicht mehr ganz so weit. Da würde mich halt mal interessieren ob es damit besser wird. Das würde meine o.g. Theorie stützen.

Wenn es funktioniert, muss man halt nur mal sehn, wie hoch man dann damit drehen kann. Ich denke ab Drehzahl X wird es wieder zu Drehzahlfehlern kommen und dieses X wird vermutlich ziemlich niedrig sein.


Gruß
Tobi

kordel
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Okay, ja das klingt sinnvoll, das kann eventuell funktionieren.

Ich werde es die Woche über probieren und mal Rückmeldung darüber geben.

Zudem werde ich mir Gedanken über deinen Vorschlag machen, das Triggerrad zu tauschen.

Vielen Dank, nochmal!

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Tobi
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

Also es scheint tatsächlich daran zu liegen, dass das Signal lediglich für ca.40µs auf low-Pegel gezogen wird.
Da kommt der Low-Pegel vermutlich nicht immer beim Prozessor an.
Und das schon bei dieser niedrigen Drehzahl, das wird nach oben hin nicht besser werden.

Eine Idee hätte ich allerdings noch, was man ausprobieren könnte.
Wenn du elektronisch ein wenig geschickt bist (und davon gehe ich aus, immerhin kannst du ein Oszilloskop bedienen :wink: ),
dann könntest du mal versuchen das Signal zu invertieren. Dazu musst du nur einen schnellen N-Kanal Mosfet hinter den Drehzahlsensor schalten.
In den Eingang und Ausgang des Mosfets kommt ein 1k Pull-Up-Widerstand gegen 5V, um scharfe Flanken zu erzeugen.
Man könnte den Pull-Up am Ausgang auch gegen 12V schalten, dadurch wird das Signal (in dem Fall der high-Pegel) noch eine Ecke stärker.
Die Auswertung der Flanke des Drehzahlgebers in der trijekt muss dann evtl. auf steigend eingestellt werden, muss man notfalls beide Einstellungen mal probieren.
Das wäre durchaus noch eine Möglichkeit, die funktionieren könnte, ohne größere mechanische Umbauarbeiten in Angriff zu nehmen.

Wenn du willst, kann ich dir auch kurz skizzieren, was du dafür machen musst.



Eine andere Möglichkeit wäre ein Frequenzteiler.
Eine Schaltung, die bei jeder fallenden Flanke am Eingang den Zustand am Ausgang wechselt.
Damit könntest du aus deinem 60-2 ein 30-1 Signal generieren.
Das hätte dann auch 50% Teilung.
Problem dabei wäre dann allerdings, dass das Nockenwellensignal nicht mehr passt.
Das Rad an der Nockenwelle müsste bei dieser Variante auf 1 Zahn umgebaut werden.



gruß
Tobi

kordel
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Hallo Tobi,

das ist echt schade, dass das Signal anscheinend zu kurz ist.
Die Option mit dem Umbau der Nockenwelle würde ich sogar erst nach dem Umbau des Triggerrades versuchen, da meines Wissens nach die Nockenwellen dieser Motorbauart laut VW nicht mehr einzeln zu demontieren, sondern nur im Verbund mit dem Ventildeckel zu tauschen sind.

Zwischen der Bedienung eines PC-Oszilloskops und dem Wissen wie man anständig Siganle bearbeitiet ist leider nicht ein Unterschied.
Oder du hast ein extrem umständliches PC-Oszilloskop. :D

Wenn ich das Signal nur invertiere habe ich dann nicht einen -5 V-Pegel, der auf 0 V gezoge wird oder habe ich das falsch verstanden?
Das müsste dann eine Invertierung mit einem Offset von +5 V sein, oder?

Eine Skizze würde mir dabei sehr helfen, danke dir!

Gruß

kordel

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Tobi
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

Hallo,

ich habe dir eine Skizze angehängt.
Du brauchst nur zwei Widerstände, einen Mosfet und eine Leitung die 12V (Zündungsplus) führt.

Ich nehme an du bist von einer Hochschule oder?
Die Elektriker haben sicherlich einen passenden Mosfet in ihrem Bauteilelager, die Anforderungen sind nicht besonders hoch.

Kurz zu den Eckdaten des Mosfets:
Typ: N-Kanal (Verbindet den Drain mit dem Source/Masse, sobald Gate gegenüber Source auf "high Pegel" liegt)
Die Schaltspannung (Vgs threshold voltage) sollte nicht über 4V liegen, denn uns stehen dort ja nur 5V zur Verfügung.
Er sollte aber am Gate bis zu 20V aushalten können (Vgs max.), zur Sicherheit.
Er sollte mindestens 200mA Strom schalten können.
Er sollte Schaltzeiten unter 200ns haben.

Ergebnis:
Immer wenn am Eingang 5V anliegen, hast du hinter dem Mosfet 0V.
Immer wenn am Eingang 0V anliegen, hast du hinter dem Mosfet 12V.


gruß
Tobi
20200514_152737.png

kordel
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Hallo Tobi,

ja du hast Recht, ich bin von einer Hochschule. Mal sehen, was sich machen lässt. Sonst besorge ich einfach einen im Fachhandel.

Vielen Dank für die Anleitung, ich werde versuchen sie umzusetzen und eine Rückmeldung geben, sobald ich mehr weiß.


Gruß

kordel

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Tobi
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

Hoffen wir mal das Beste...
Irgendwie muss das ja zum Laufen zu bringen sein.
Also ich würde es auf jeden Fall mit irgendeiner Zusatzelektronik versuchen. Und sei es, dass man irgendwie noch ein Monoflop oder irgendwas dahinter bastelt um das Signal zeitlich etwas zu verlängern. (Ich fürchte sogar, dass es auf irgendwas impulsverlängerndes hinaus laufen wird, weil das Problem bei höheren Drehzahlen wieder auftreten müsste) Ein mechanischer Umbau wird sich schon irgendwie umgehen lassen.


Gruß
Tobi

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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Ich habe die Option mit dem MOSFET umsetzen können und es hat geklappt.
Bei Contad gibt es für 0,54 € einen "ON Semiconductor BUZ11-NR4941 MOSFET 1 N-Kanal 75 W TO-220-3 ". Mit diesem hat es geklappt.
Mit dem anderen Material (Widerstände, Klemmen, etc.) kommt man vielleicht auf maximal 5 €.
In der folgenden Abbildung ist nochmals die Schaltung sowie die tatsächliche Platine mit Anschlüssel zu erkennen. Der Kühlkörper ist sicherlich etwas übertrieben, da doch keine große Leistung umgesetzt wird.
Schaltplan und Platine
Schaltplan und Platine
Der Signalverlauf sieht damit wie folgt aus.
Drehzahlsignal mit MOSFET
Drehzahlsignal mit MOSFET
Die Erkennung der Zähne funktioniert jetzt. Es wird beim Drehzahltest die richtige Anzahl von Zähnen erfasst und die Zeiten der Lücke stimmen, was bedeutet, dass sie die dreifache Zeit der normalen Zahnerkennungszeit angegeben wird.
Was auf der Abbildung des Signalsverlaufs zu erkennen ist, ist die Amplitude von 11,64 V. Was ich an dieser Stelle nicht weiß ist, ob die Differenz von 0,36 V zu den 12 V Trijektspannung ein "normaler" Wert für einen Spannungsabfall durch den Mosfet ist, oder ob doch noch etwas nicht ganz stimmt bei der Schaltung. Solange das Signal bei diesem Wert stabil bleibt und die Drehzahlerkennung funktioniert, belasse ich es bei der Schaltung.

Was noch interessant sein wird ist, bis zu welcher Drehzahl die Trijekt mit der kurzen Signallänge auskommt. Das Signal mit dem Mosfet hat zwar annähernd den vorhergesagen Charakter eines Rechtecksignals, jedoch sind die Peaks von 11,64 V auch nur 40 µs lang. Zu sehen ist das in folgender Abbildung.
Peak mit Mosfet
Peak mit Mosfet
Nochmals Danke für die Hilfe, Tobi. Bei Neuigkeiten werde ich die Trijektgemeinde informieren.

Grüße

kordel

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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von Tobi »

Hallo,

wie bereits weiter oben erwähnt, wirst du vermutlich um eine Impulsverlängernde Schaltung nicht herum kommen. Das heißt, deine jetzige Schaltung müsste man z.B. durch ein Monoflop ersetzen, welches das Signal in eine Größenordnung um die 70μs verlängert. Das könnte man dann aber vermutlich auch komplett mit 5V laufen lassen.

Ich bin sehr gespannt wie hoch du mit der jetzigen Schaltung drehen kannst. Hoffentlich reicht es wenigstens für den Leerlauf.

Wichtig ist halt, dass du jetzt die steigende Flanke des Signals auswertest. Dasselbe würde bei einem Monoflop gelten.


Gruß
Tobi

kordel
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Re: Drehzahlerfassung VW EA211

Beitrag von kordel »

Danke dir, ich werde mich an die Tipps erinnern, wenn es an die Umsetzung bei höheren Drehzahlen geht.

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