Toyota MR2 met slechte injector

Automotive Test Scope ATS5004D

4-kanaals automotive-oscilloscoop met differentiële ingangen

Stroomtang TP-CC80

0 - 80 A ingangsbereik

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

Een klant van GMTO had een Toyota MR2 met een slecht lopende motor ter reparatie. De auto had in een eerder stadium motorschade opgelopen, de motor is toen door een andere, gereviseerde motor vervangen. Alles leek toen in orde, maar na een paar weken begon de motor slecht te lopen. De foutcode-uitlezer gaf foutcode P0304 aan.

P0304 : Cylinder #4 Misfire gedetecteerd

De motor liep permanent slecht, dit probleem moest veroorzaakt worden door een of meer slechte cilinders. Met de automotive-oscilloscoop werd een compressietest uitgevoerd. Deze compressietest analyseert de startstroom, eenvoudig te meten met een stroomtang en bepaalt daarmee binnen 3 seconden of er een compressieprobleem is.

Het resultaat in afbeelding 1 toont aan dat de motor niet perfect is, maar de compressieverschillen zijn niet dusdanig groot dat dit probleem verklaard is.

Mengselproblemen kunnen gedetecteerd worden door de signalen van de lambdasensor te meten. Deze motor heeft twee lambdasensoren, een voor cilinders 1 en 4 en een voor cilinders 2 en 3. Deze motor is dus, wat betreft lambdasensor/injector-combinaties, te zien als twee 2-cilinder motoren.

Beide lambdasensoren werden gemeten en het was duidelijk dat de verbranding van cilinders 1 of 4, of beide, een probleem vertoont. In afbeelding 2 toont het bovenste signaal (cilinders 1 en 4) snelle, groter veranderingen op het lambdasignaal. Het onderste signaal in het scoopbeeld toont het lambdasignaal dat de mengselverhouding voor cilinders 2 en 3 regelt. Het signaal voor cilinders 2 en 3 ziet er normaal uit, dat voor cilinders 1 en 4 zeker niet.

Wat gebeurt hier? Als gevolg van een misfire is er slechts gedeeltelijke verbranding of helemaal geen verbranding van het mengsel in de cilinder, waardoor er zuurstof over blijft in de cilinder. Deze zuurstof komt langs de lambdasensor, waardoor de uitgangsspanning van de sensor bijna 0 V wordt. Afbeelding 2 toont dat wanneer cilinders 1 en 4 in hun "rijke" deel van de cyclus zijn (lambda = 0.8 V), de uitgang van de lambdasensor steeds kortstondig naar bijna 0 V valt. Bij elke slag met een slechte verbranding gebeurt dit weer. Dit was een goed beginpunt voor verder onderzoek.

Na gecontroleerd te hebben op lekkages werd de aansturing voor injector 4 gemeten, zowel spanning als stroom. Bij metingen aan een injector wordt de spanning altijd aan de negatieve kant van de injector gemeten, de stroom wordt gemeten met een stroomtang. ATIS heeft een voorgedefinieerde instelling voor deze meting, zodat de automotive-oscilloscoop met een enkele klik volledig is ingesteld. Deze meting vertoonde niets vreemds. Kanaal 2 in Afbeelding 3 toont de spanning over de injector. De hoge piek is de inductiepiek over de spoel in de injector, die ontstaat omdat de stroom abrupt wordt afgekapt. Deze spanning kan vrij hoog worden, omdat het ingangsbereik van de oscilloscoop op het 40 V-bereik was ingesteld wordt de meting op die waarde afgekapt. De breedte van de puls geeft aan dat de spanning veel hoger moet zijn geweest.

De stuursignalen van de andere injectoren werd ook gemeten en toen bleek dat injector 1 een ander patroon vertoont dan de overige injectoren.

Drie vreemde zaken zijn zichtbaar:

• De stroom door de spoel van de injector vertoont een sprong van 0.25 A. Dit is niet mogelijk bij een stroom door een spoel, de stroom moet bij 0 A beginnen en dan lineair oplopen.
• De inductiepiek is te laag. Deze puls wordt normaal gesproken ongeveer 80 V, maar hier wordt amper 40 V gehaald.
• Een te lange tijd voor het sluiten van de injector. Het moment van sluiten van een elektromechanische klep (in dot geval injector) is zichtbaar door een kleine "bult" in het spanningsverloop na de inductiepiek. Deze injector sluit pas na twee keer zoveel tijd als de andere injectoren (1.3 ms tegen 0.66 ms).

Genoeg redenen om injector 1 als waarschijnlijke boosdoener aan te wijzen.

Een snelle stroomtoename en een te lage inductiepiek kunnen veroorzaakt worden door een parallelweerstand over de aansluitingen van een injector. Deze weerstand heeft eveneens tot gevolg dat de inductiepiek-energie de stroom door de injector langer in stand houdt waardoor deze langer open blijft. De slechte injector 1 is beduidend langer open dan de overige injectoren. Cilinder 1 krijgt daardoor veel meer brandstof dan cilinder 4. De ECU reageert daar op door de openingstijd voor beide injectoren (ze worden immer beide gecontroleerd door dezelfde lambdasensor) te reduceren om een juiste verbranding in deze cilinderbank te krijgen. Dat mislukt omdat cilinder 4 te weinig brandstof krijgt, waardoor het mengsel te arm wordt. Dat resulteert in een misfire in cilinder 4, wat door de ECU wordt gedetecteerd en als fout wordt gemeld. Het diagnose-probleem is geboren en de garage richtte zich volledig op cilinder 4, terwijl cilinder 1 de veroorzaker was.

Om te verifiëren dat inderdaad injector 1 het probleem veroorzaakt, werden eerst de stuursignalen voor de injectoren van cilinders 1 en 2 verwisseld.

Het afwijkende scoopbeeld voor de spanning en stroom bleef bij cilinder 1, waardoor de aansturing van de injectoren (de ECU) afviel als mogelijke oorzaak. Kortstondig injectorsignalen wisselen om een probleem te lokaliseren is mogelijk. Het verstoort uiteraard wel het lambda-regelsysteem.

Uiteindelijk werden de injectoren voor cilinders 1 en 2 verwisseld. De slechte injector kwam nu in de andere cilinderbank. De signalen van de twee lambdasensoren veranderden, het signaal voor cilinders 2 en 3 werd nu slecht.

Er is nu geen twijfel meer dat de injector van cilinder 1 niet goed werkt. Meten van de spoelweerstand gaf aan dat injector 1 een weerstand van 14 Ohm heeft, 2 Ohm lager dan de andere injectoren.

Een juiste diagnose stellen bij een probleem is niet altijd eenvoudig. En wanneer een foutcode-scanner in de verkeerde richting wijst, wordt het heel lastig. Kennis van de systemen en gedegen meten met een automotive-oscilloscoop is dan onontbeerlijk. Onderdelen verwisselen om de oorzaak van het probleem te vinden kan misleidend zijn. In dit geval waren geen onderdelen van cilinder 1 verwisseld, dus het probleem bleef bestaan. De garage verving de slechte injector door een nieuwe, waarna de motor goed liep.

R. Metzelaar