VW Golf loopt onregelmatig

Automotive Test Scope ATS5000

2-kanaals automotive-oscilloscoop met Arbitrary Waveform Generator

Hand-triggerknop

De Automotive Test Scope ATS5000-oscilloscoop wordt in dit artikel ook naar verwezen als automotive-oscilloscoop, als diagnose-oscilloscoop en als labscoop.

De betreffende auto loopt een aantal kilometers prima maar begint dan ineens te horten en stoten. De garage waar de auto was heen gebracht had al van alles geprobeerd, verwisselen van de ECU, vervangen van een Hall-sensor en omdat de ECU soms een foutcode had op de lambda-sensor, ook dit onderdeel. Ook bij de dealer wist men zich geen raad en gaf de auto niet-gerepareerd weer terug. De auto werd toen naar GMTO gebracht voor een grondig onderzoek.

Zoals gebruikelijk starten we ons onderzoek met het bekijken van de meest vitale signalen van het motormanagementsysteem, die voor de bobine en de injectoren, met een automotive-oscilloscoop. Het GMTO Automotive Test en Informatie-Systeem ATIS heeft een voor-gedefinieerde meetinstelling voor het meten van deze signalen. Het kiezen van deze meting in ATIS laadt met de druk op een knop alle benodigde instellingen in de automotive-oscilloscoop, zodat die gelijk klaar voor gebruik is. De meting maakt gebruik van de hand-triggerknop, die via een lange soepele kabel op de diagnose-oscilloscoop is aangesloten. Als de meting geactiveerd is, zorgt een druk op deze knop er voor dat de signalen vastgelegd worden. Ook een gedeelte van de signalen van voor het drukken op de knop worden vastgelegd. Al zou de motor maar één verkeerde klap geven, dan zouden we dat direct kunnen vastleggen met de scope en analyseren.

De meting werd geactiveerd en we zijn gaan rijden. Na een kilometer of 6 constateerde we inderdaad een hapering in de motor en het signaal werd bevroren. Deze actie resulteerde in het scoopbeeld van figuur 1.

Duidelijk is te zien dat het primaire bobinesignaal gebreken vertoont en naast het missen van een vonk ook een variërende contacthoeksturing laat zien. Het aansturen van de injector gaf geen problemen en was, ook over een langere periode, netjes regelmatig en stabiel van lengte. Maar een motor moet wel tijdens elke compressieslag een vonk krijgen anders gaat het fout. Als dit overslaan vaker voorkomt, kan de lambda-sensor te veel zuurstof in de uitlaatgassen aantreffen en is het denkbaar dat de ECU een slecht werkende lambda-sensor ziet. Dit kan verklaren dat deze storingscode eerder voor was gekomen.

Eerste conclusie

Nog even terug naar de variërende contacthoek. Een modern ontstekingsmoduul "kijkt" naar de stroom die de bobine opneemt. Deze stroom loopt altijd als een kromme omhoog en als de stroom de juiste waarde heeft bereikt gaat de transistor gedeeltelijk uit geleiding. Dit is te zien als de periode nadat de min-zijde van de bobine volledig naar massa is getrokken en de spanning op ongeveer de halve accuspanning komt te staan. Een te lange regelperiode (stroommindering) kan het gevolg zijn van een te lage bobineweerstand. Een te korte regelperiode kan inhouden dat de voeding op de bobine niet in orde is (overgangsweerstand), waardoor het te lang duurt voordat de juiste stroomsterkte is bereikt.

In figuur 1 zien we eigenlijk twee verschillende zaken:

• Het volledig missen van een vonk waarbij in deze periode een stabiele 12 V wordt gemeten
• Een zeer variabele contacthoek

Aan de 12 V zien we dat de voeding van de bobine niet het probleem is, want deze wordt op het moment van missen door de primaire bobinespoel en bedrading, tot aan het moduul, weergegeven. Wat overblijft is de aansturing van het moduul want de ECU bepaalt nog altijd het moment van in- en uitschakelen van de bobinestroom (contacthoek en timing).

Een logisch gevolg van bovenstaande meting is het contoleren van de stuurpuls die de bobinemodule activeert. Tevens hebben we met het tweede kanaal van de diagnose oscilloscoop ook nog de injectorsturing gemeten om een juist beeld te krijgen van de regelmaat in het systeem (figuur 2).

Duidelijk was tijdens het haperen een onregelmatige sturing in dit signaal te zien. Dit signaal wordt door de ECU opgewekt en omdat we al het nokkenassignaal hadden gecontroleerd besloten we toch ook het krukassignaal te meten. Dit signaal werd tijdens de storing gemeten en is in figuur 3 te zien.

In deze meting viel ons direct iets bijzonders op. Er zat wel een goede regelmaat in het signaal en duidelijk is ook de missende positietand te herkennen van het krukas-signaal maar er was een zeer vreemde schommeling aan de bovenzijde van beide signalen te zien. Een Hall-sensor is altijd massaschakelend. Als de sensor niet goed functioneert, zal het 0 V-niveau niet juist zijn. Het hoge niveau van het uitgangssignaal wordt verzorgd door de ECU, dus als daar iets fout gaat, moet de fout gezocht worden bij de ECU of de voeding en massa van de ECU.

Zowel de plus als de massa voor de Hall-sensor komen uit de ECU en in figuur 3 is te zien dat het signaal goed naar massa schakelt (gemeten t.o.v. accu minpool), dus konden we stellen dat de massa van de ECU goed moest zijn. We concentreerden ons op de voeding van de ECU. Uit het schema is op te maken dat het systeemrelais de hoofdvoeding verzorgt en geheel gestuurd wordt vanuit de ECU die op zijn beurt gecommandeerd wordt door een aparte draad vanaf het contactslot. Er is zelfs een aparte plusdraad vanuit de ECU naar het relais getrokken om het relais ingeschakeld te houden nadat het contact uitgezet is. Deze manier van aansturen heeft onder andere als doel de sturing naar de koelvin in stand te houden nadat het contact is uitgezet. Gemeten werd op de hoofdvoeding en dat is bij dit systeem aansluiting 23 van de ECU. Bij het optreden van de storing was duidelijk dat deze plus de boosdoener was en dat is te zien in afbeelding 4.

De plus fluctueert heftig waarbij de spanning wel 10 V varieerde. Dat is zeker niet normaal en de oorzaak van het probleem was eigenlijk wel gevonden.

Na deze constatering hebben we nog wat metingen gedaan op de stuurdraad en de vaste plus van het relais maar daar waren geen afwijkingen te vinden. De conclusie moest zijn dat in dit geval het relais zelf de boosdoener was (zie figuur 5). Na het relais te hebben vervangen functioneerde de motor weer naar behoren.

Het lijkt achteraf een simpele storing maar het blijkt in de praktijk soms toch moeilijk de oorzaak te achterhalen gezien het feit dat men er niet uitkwam. Door de complexiteit van de systemen en de veelheid van componenten is het ook niet aan te bevelen alle onderdelen lukraak te vervangen. Gericht meten lijkt in eerste instantie tijdrovend maar verdient zich op het eind dubbel en dwars terug als men maar volgens het juiste patroon te werk gaat. Kennis van de systemen is natuurlijk onontbeerlijk.

R. Metzelaar