Jeep Cherokee wil niet aanslaan

Automotive Test Scope ATS5004D

4-kanaals automotive-oscilloscoop met differentiële ingangen

Stroomtang TP-CC80

0 - 80 A ingangsbereik

De ATS5004D wordt in dit artikel ook naar verwezen als automotive oscilloscoop, als diagnose-oscilloscoop en als labscoop.

Een Jeep Cherokee 2.5 CRD diesel uit 2002 met 60.000 km op de teller wil niet goed aanslaan. Tijdens het starten lijkt het eerst dat de motor aanslaat, maar daarna gebeurt er vele omwentelingen niets. Uiteindelijk, na lang doorstarten, slaat de motor aan. De eigenaar wilde dit probleem verholpen hebben en ging naar zijn lokale garage. Die controleerde en verving diverse onderdelen, maar het probleem bleef. De auto werd toen naar een Jeep-dealer gebracht. De dealer kon het probleem ook niet verhelpen en concludeerde dat de motor versleten was en vervangen moest worden! GMTO werd toen benaderd voor een second opinion.

Een common rail inspuitingssysteem is gevoelig voor de brandstofdruk. Slijtage van de hogedrukpomp of de drukregelaar of een defecte druksensor kunnen problemen als bij deze auto veroorzaken. Meten van de signalen van deze onderdelen zal onmiddellijk een goede indicatie van de conditie van deze onderdelen geven.

Een meting aan de drukregelaar en de druksensor met een automotive oscilloscoop zal de relatie tussen de twee signalen weergeven. Een sterk afwijkende duty cycle (bijna 0% of bijna 100%) in combinatie met een normale signaalgrootte op de druksensor (of andersom) zal aangeven dat er in dit circuit een fout zit. Stel dat de druksensor een signaal van bijvoorbeeld 2.0 V afgeeft bij 150 Bar (werkelijke druk) terwijl dit 1.0 V moet zijn, dan zal de ECU de duty cycle voor de drukregelaar op een andere waarde zetten dan gewenst is. In dit geval zal dat tot gevolg hebben dat de werkelijke druk veel lager wordt dan gewenst. Als we aannemen dat een drukregelaar "laag actief" is en in de actieve toestand overtollige brandstofdruk weg laat gaan, zal de duty cycle van het stuursignaal veel hoger zijn dan normaal.

ATIS van GMTO bevat een grote database met meetvoorbeelden aan vrijwel alle onderdelen van het motormanagementsyteem, ingedeeld per merk en model en ook universeel toepasbaar. Ieder meetvoorbeeld bestaat uit een automatische instelling van het bijbehorende meetinstrument met bijbehorende voorbeeldsignalen. Verklarende tekst met foto's geeft aan hoe en waar de diagnose-oscilloscoop moet worden aangesloten. De gebruiker kan eenvoudig de juiste meting kiezen en hoeft zich niet te verdiepen in de instelling van het meetinstrument, maar kan gelijk gaan meten.

De eerste metingen die werden verricht met de Automotive Test Scope ATS5004D gaven juiste en stabiele signalen weer. Het is het beste aan de werkelijke druk te meten, maar dat is niet altijd even eenvoudig. De onderdelen zijn niet altijd goed bereikbaar en geschikte testpunten niet altijd beschikbaar. Hoewel niets wees in de richting van een defecte krukassensor of nokkenassensor (de motor leek immers te gaan aanslaan), werd toch besloten ook deze signalen te meten, om mogelijke oorzaken uit te sluiten. Figuur 1 toont deze signalen.

De inductieve krukassensor heeft een spoel die een negatieve en een positieve spanningspiek induceert als een tand van de tandkrans op de krukas de sensor passeert. Figuur 1 laat zien dat dit signaal niet symmetrisch rond 0 V ligt, maar rond 2.5 V. Het signaal heeft een 2.5 V offset. Veel systemen gebruiken een offset, voor een eenvoudiger zelf-diagnose. Het leek er op dat dit signaal in orde was. De HALL nokkenassensor schakelt perfect naar massa, ook hier geen problemen.

Na deze metingen was het gewenst het injectorstuursignaal te meten. Om een beter zicht op het inspuitpatroon te krijgen, kan dit signaal het best samen met het krukassignaal gemeten worden. Een normale common rail injector wordt in twee fases aangestuurd, een daarvan is de voor-inspuiting.

Figuur 2 toont het injectorstuursignaal van een volledige inspuit-cyclus, inclusief de voor-inspuiting. Vanwege de manier waarop de injector aangestuurd wordt, is de diagnose-oscilloscoop rechtstreeks op de twee draden van de injector aangesloten en niet op een draad en op massa. De plus-aansluiting van de injector wordt op een spanning van ongeveer 80 V aangesloten. De min-aansluiting van de injector wordt op een pulserende manier op de massa aangesloten, vanwege de hoge stroom die door de injector gaat lopen.

Na iedere puls zal, als gevolg van het onderbreken van de stroom, een negatieve inductiepiek ontstaan van ongeveer 40 V. In de getoonde situatie duurt de voor-inspuiting slechts 296 µs (0.000296 s). Er wordt slechts een kleine hoeveelheid brandstof in de cilinder ingespoten. De hoofd-inspuiting duurt duurt veel langer, de lengte is afhankelijk van de vermogen-vraag.

Een stroomtang kan gebruikt worden om de stroom door de injector te meten. Dit heeft als voordeel dat zowel de timing als de geleiding van de injector gecontroleerd kunnen worden. Een te lage stroom geeft aan dat er een overgangsweerstand in het circuit aanwezig is of dat de spoel in de injector defect is. Figuur 3 toont een injectorstroom-meting.

Door de spanning van 80 V op de injectorspoel, neemt de stroom snel toe tot 10 A. Dit zorgt er voor dat de injector snel opent, wat nodig is omdat de injector slechts 296 µs open moet zijn. Na de korte stroompiek zal de ECU de stroom afwisselend kortstondig uit- en inschakelen, om oververhitting van de spoel tegen te gaan. Dit is zichtbaar in de kleinere stroompieken na de eerste grote piek. Door de massatraagheid van de injector zal deze open blijven, wordt er nog steeds brandstof ingespoten. Figuur 3 toont eveneens de hoofd-inspuiting, korte tijd na de voor-inspuiting. Ook hier zijn korte stroompieken te zien die oververhitting moeten voorkomen.

Figuur 4 toont de gecombineerde meting van het injectorstuursignaal en het krukassensorsignaal. Het is duidelijk zichtbaar dat tijdens het starten eerst een enkele inspuiting plaatsvindt en dat daarna een aantal omwentelingen geen inspuitingen voorkomen. Deze meting omvat een langere tijd, maar was evengoed met een hoge sample-snelheid gemeten. Dit is mogelijk door het grote geheugen van de automotive oscilloscoop. Het zorgt er voor dat wanneer ingezoomed wordt, een duidelijk signaal met veel details zichtbaar wordt.

In eerste instantie leken de diverse signalen allemaal in orde. De stroom door de injector en de timing van de inspuiting waren goed. Het krukassensorsignaal zag er ook goed uit en was groter dan 0.5 V tijdens het starten. Na inzoomen (figuur 5) kregen we een beter zicht op de signalen.

We merkten een storing op het krukassensorsignaal op. Deze storing trad op hetzelfde moment op als wanneer het injectorstuursignaal aanwezig is en wordt veroorzaakt door overspraak van het injectorstuursignaal op het krukassensorsignaal. Na herhaald testen viel op dat wanneer deze storing precies tussen de positieve en de negatieve piek van het krukassensorsignaal plaats vindt, de ECU de injectoren gedurende enige tijd niet meer aanstuurde.

Kennelijk herkent de ECU deze storing als referentiepunt in het krukassensorsignaal en stopt dan de inspuiting omdat het inspuitingspatroon niet meer klopt met het krukaspatroon. Als, na enige tijd doorstarten de storing de ECU niet meer in de war bracht, sloeg de motor aan.

Eerst werd geprobeerd de bedrading van de krukassensor bij de injectorbedrading weg te halen om de overspraak te verminderen, maar dat gaf geen verbetering. Hoewel het krukassensorsignaal in orde leek en de weerstand van de sensor ook binnen de te verwachten grenzen lag, werd besloten de krukassensor toch te vervangen. Na monteren van de nieuwe sensor sloeg de motor gelijk aan.

Een meting aan de nieuwe sensor (zie figuur 6) toont dat deze sensor geen offset op het uitgangssignaal heeft, maar een signaal dat symmetrisch rond 0 V ligt. Kennelijk was er intern in de oude sensor iets zodanig defect dat een offset ontstond en wat ook de grote gevoeligheid voor de overspraak van de injectorstuursignalen veroorzaakte.

R. Metzelaar