Haperende Chrysler Voyager

Autoinformatie

Merk:Chrysler
Model:Voyager
Motor:2.5L
Aantal cylinders:4
Brandstoftype:Benzine
Motormanagementsysteem:Bosch
Chrysler Voyager 2.5L 4 Benzine Bosch

Gebruikte apparatuur

Automotive scope ATS5000

Automotive scope ATS5000

2-kanaals automotive-oscilloscoop met Arbitrary Waveform Generator

De Automotive scope ATS5000-oscilloscoop wordt in dit artikel ook naar verwezen als automotive oscilloscoop, als diagnose-oscilloscoop of als ATS Labscoop.

Introductie

Wanneer de motorbesturingseenheid (engine control unit, ECU) steeds fouten maakt is het, met kennis van het systeem en een eenvoudig meetinstrument, niet moeilijk de oorzaak van de fout te vinden. Het wordt anders als de fout slechts zo nu en dan optreedt. Deze moeilijke fouten kunnen in het algemeen niet met de gangbare foutcodelezers opgespoord worden, omdat de ECU deze fouten niet herkent. Een reden daarvoor is dat de fout in het algemeen maar heel kort voorkomt en daardoor niet in het foutcodegeheugen opgeslagen wordt. Een andere reden is dat de informatiedoorvoersnelheid tussen ECU en het testapparaat in de meeste gevallen te laag is om snel veranderende sensorsignalen te detecteren (leesfouten). In het volgende artikel worden de problemen beschreven die werden gevonden bij een 2.5 liter 4-cylinder Chrysler Voyager.

Probleembeschrijving

Een garage belde over een Chrysler Voyager met problemen. De motor stopt zo nu en dan (maximaal eens per dag) en uiteraard alleen als de klant in de auto rijdt en nooit als de monteur er in rijdt. De garage had al metingen verricht, maar omdat de fout nooit optrad als er gemeten werd, was er dus ook niets te meten. Na contact te hebben gehad met GMTO, is besloten met uitgebreidere apparatuur metingen te gaan verrichten.

Uiteraard sloeg de Voyager geen foutcodes op in het geheugen. De fout trad voornamelijk op als de motor stationair liep. Op het moment dat de fout optrad, probeerde de motor een aantal keren te stoppen voordat hij daadwerkelijk stopte. De klant had al aangegeven dat de toerenteller naar nul terugviel als de fout optrad.

Foutzoeken

Op het moment dat de motor dan afsloeg, gebeurden veel dingen tegelijkertijd in een fractie van een seconde. Daardoor was het lastig uit te vinden wat er eerst gebeurde. Door alle signalen te meten en weer te geven is het mogelijk de ontwikkeling van de fouttoestand te zien. Volgens de schema's wordt de toerenteller aangestuurd vanuit de ECU. Het signaal voor de toerenteller hangt af van de volgende onderdelen:

  • Toerental/positiesensor
  • Stuurapparaat
  • Systeemrelais
  • Contactslot
  • Bedrading van de bovengenoemde componenten

Controle van de toerental/positiesensor

De monteur onderzocht eerst het signaal dat van de toerental/positiesensor komt, met behulp van een diagnose-oscilloscoop. De sensor in de Voyager is een Hall-sensor die in de distributeur is opgenomen. Hall-sensoren werken allemaal volgens hetzelfde principe: een spanningsvoerende signaaldraad wordt bij activeren naar massa geschakeld. De signaalspanning is meestal 5 V en is dit altijd meetbaar met losgekoppelde connector. De Hall-sensor heeft ook zelf voeding nodig, in dit geval 8 V. De monteur was in de gelegenheid het oscilloscoopbeeld van de Hall-sensor te zien toen de motor stopte. In deze fractie van een seconde dacht hij een correcte blokspanning te zien, tot het allerlaatste moment.

Controle van de bobine

Toen werd besloten het negatieve signaal van de bobine te controleren met de speciale lange-record-functie van de scoop. Er kan daarmee over langere tijd signaal gemeten en opgeslagen worden, een gedeelte voor en een gedeelte na het triggermoment. Triggering kan op verschillende manieren gedaan worden:

  • Handmatig door op een toets op de computer te drukken
  • Automatisch door een geschikt signaal op het tweede ingangskanaal aan te bieden
  • Door een externe triggerknop te gebruiken

Tijdens het meten van de ontstekingssignalen ging de motor afslaan (na al een uur goed te hebben gelopen) en de monteur triggerde de oscilloscoop. In de 5 seconden durende meting waren ontstekingssignalen van ongeveer 70 omwentelingen van de motor opgeslagen. Figuur 1 toont de storingen die zichtbaar waren toen de fout optrad. De ontbrekende ontstekingspulsen zijn goed zichtbaar in figuur 1, net als de sterke variaties in de ontsteekhoek.

Ontstekingssignaal

Figuur 1: Ontstekingssignaal

Figuur 2 toont het moment dat de motor stopte. Het is duidelijk te zien dat de contacthoek is begonnen maar niet afgemaakt.

Motor gestopt

Figuur 2: Motor gestopt

Hoe nu verder?

Aan de hand van deze gemeten signalen, moest beredeneerd worden wat de oorzaak van de storing is. Het was duidelijk te zien dat bij het overslaan van de ontsteking de volgende contacthoekcyclus met bijbehorende vonken op het juiste moment kwam. Het kon dus geen mechanisch probleem van de verdeler zijn waar bij bepaalde automobielen de Hall-sensorkooi op de rotor los komt te zitten en daardoor iets verdraait. Omdat de bobine rechtstreeks vanuit het stuurapparaat wordt aangestuurd en dat het signaal van de Hall-sensor, (zeer belangrijk voor het op het juiste moment aansturen van bobine en injector(en), in eerste instantie goed leek te zijn, werd het stuurapparaat verdacht. Vervangen van het stuurapparaat is een kostbare aangelegenheid, zeker als het niet de boosdoener blijkt. Besloten werd het Hall-sensorsignaal aan een nader onderzoek te onderwerpen om er zeker van te zijn dat deze zijn werk echt wel goed deed zoals de monteur in eerste instantie had geconstateerd.

Hall-sensorsignal

Het Hall-sensorsignaal werd gemeten, in de lange-record-stand van de diagnose-oscilloscoop, met handmatige triggering. Maar toen sloeg het noodlot toe en de motor viel niet meer uit. Besloten werd het toch te proberen en de scope zo in te stellen dat hij uit zich zelf triggerde op het moment van uitvallen. Het tweede (trigger) kanaal moest aangesloten worden op een component dat onder normale omstandigheden spanning krijgt en bij uitvallen van de motor spanningsloos wordt. De brandstofpomp werd hiervoor gebruikt omdat deze uitschakelt bij stilstaande of uitvallende motor. Met het eerste kanaal kan men dan een sensorsignaal over een langere periode controleren.

De fout gevangen

Nadat de scope aangesloten was moest er met de auto gereden worden in de hoop dat die af zou slaan. Uiteindelijk viel de motor weer een keer uit en werd de scope getriggerd. Eindelijk was er een signaal van de Hall-sensor in de foutsituatie en het vertoonde zeker problemen, zie figuur 3.

Hall-sensorsignaal met problemen

Figuur 3: Hall-sensorsignaal met problemen

Hall-sensoren schakelen een signaallijn (meestal +5 V) naar massa wanneer metaal de sensor nadert. Dit geeft een blokvormig signaal dat schakelt tussen +5 V en bijna 0 V. In figuur 3 is het gebrekkige signaal van deze Hall-sensor te zien waarbij het massaniveau duidelijk fluctueert rond een hogere waarde. Op een bepaald moment zag het stuurapparaat geen duidelijke blokspanning en stopte met werken waardoor de motor uitviel. Omdat de +5 V aanwezig blijkt in het scopebeeld, kan geconstateerd worden dat de verbinding tussen ECU en Hall-sensor goed moet zijn.

Figuur 4 laat een kortstondig stoppende motor zien (brandstofpomp schakelt uit en weer aan). Dit triggerde de scope.

Brandstofpomp ging uit

Figuur 4: Brandstofpomp ging uit

Was het probleem gelokaliseerd?

Nee. Het feit dat het signaal niet goed naar massa geschakeld wordt, kan twee oorzaken hebben:

  • Slechte bedrading (voeding) naar de Hall-sensor
  • De Hall-sensor zelf

Alvorens de sensor te vervangen werd de diagnose-oscilloscoop aangesloten op de voedingsdraden van de betreffende Hall-sensor. De plus en min van deze sensor werden gelijktijdig gemeten. Tevens werd de scope weer getriggerd op het uitvallen van de brandstofpomp. Na een korte rit viel de motor weer stil en werd een meting opgeslagen.

Hall-sensor-voeding blijft aanwezig

Figuur 5: Hall-sensor-voeding blijft aanwezig

De 8 V voeding voor de Hall-sensor bleef aanwezig tijdens de storing, dus moest de Hall-sensor zelf de boosdoener zijn. De sensor werd vervangen en de betreffende auto is niet meer terug geweest.

Conclusie

In situaties waar een fout zo nu en dan optreedt en er geen foutcodes beschikbaar zijn, is een diagnose-oscilloscoop onmisbaar bij het opsporen van de fout. Terugkijkend is het makkelijk te zeggen dat als de sensor meten was vervangen, de fout eerder was verholpen. Maar, willekeurig onderdelen vervangen zonder grondig onderzoek en zonder garantie dat het probleem opgelost wordt, is slecht voor de klant en slecht voor de geloofwaardigheid van de garage.

R. Metzelaar