Ford Mondeo met brandstofpompprobleem

Autoinformatie

Merk:Ford
Model:Mondeo
Motor:2.0 L TDdi
Motorcode:D6BA
Aantal cylinders:4
Brandstoftype:Diesel
Motormanagementsysteem:EEC V
Ford Mondeo 2.0 L TDdi D6BA 4 Diesel EEC V

Gebruikte apparatuur

Automotive scope ATS5004D

4-kanaals automotive-oscilloscoop met differentiële ingangen

Meetsnoer TP-C1812B

ruisarm differentieel BNC naar banaan-meetsnoer, 3 m

Backprobe TP-BP85

dunne en flexibele backprobe

De Automotive scope ATS5004D wordt in dit artikel ook naar gerefereerd als automotive-oscilloscoop, als diagnose-oscilloscoop of als labscoop.

Introductie

In moderne auto's met geavanceerde en complexe systemen vereist foutzoeken krachtige gereedschappen. De meeste signaalverbindingen tussen onderdelen voeren gemoduleerde signalen, signalen die (snel) variëren in amplitude om informatie over te dragen. De juistheid van deze signalen controleren kan niet met een voltmeter gedaan worden, maar vereist het gebruik van een goede automotive-oscilloscoop, die laat zien hoe het signaal er daadwerkelijk uitziet.

Dit artikel laat zien dat de labscoop onmisbaar was bij het vinden van de oorzaak van een probleem met een Ford Mondeo 2.0 TDdi die niet meer wilde starten.

Probleembeschrijving

De eigenaar van de auto strandde in het buitenland met een auto die niet meer wilde starten. Omdat gevreesd werd dat verkeerde brandstof was gebruikt, werd de tank geleegd en het brandstofsysteem schoongemaakt. De juiste brandstof werd toegevoegd maar de motor wilde nog niet starten.

Omdat waarschijnlijk verkeerde brandstof was gebruikt, werd schade aan de brandstofpomp vermoed. De hoge-druk-brandstofpomp werd vervangen, maar de motor wilde nog steeds niet aanslaan. De garage bleef zoeken naar de oorzaak. Uiteindelijk is de pomp nogmaals vervangen en is zelfs een andere motor geplaatst, maar niets hielp.

Tijd om nu eens met de juiste gereedschappen een diagnose te stellen.

Achtergrondinformatie

De 2.0 liter Duratorq Turbo Diesel direct injection-motor in deze auto gebruikt een Bosch VP30 axiaal-plunjer-brandstof-injectiepomp. Deze pomp heeft een eigen Electronic Control Unit (ECU), die verbonden is met de motormanagement-ECU via een CAN-bus. Tijdens gebruik wordt brandstof tot een hoge druk (tot 120 bar) samengedrukt en dan naar de vereiste cilinder(s) gedistribueerd. De hoge druk van de brandstof zorgt er voor dat de injector open gaat en brandstof in de cilinder gespoten wordt. In het hoge-druk-gedeelte van de pomp zit een speciale doseerklep. Wanneer deze klep gesloten is (actieve staat), zal de druk in de pomp opgebouwd worden. Als de klep open is (inactieve staat), valt de druk weg waardoor de injector sluit en de brandstof terug stroomt naar de ingang. Door de klep te activeren (sluiten van de retour) kunnen het moment van inspuiting en de hoeveelheid ingespoten brandstof (tijdsduur van gesloten toestand) geregeld worden. Het moment van sluiten en de duur van de gesloten stand worden bepaald door twee voorwaarden:

  • de exacte positie van de krukas, met behulp van een krukaspositiesignaal aangeleverd door de motormanagement-ECU
  • informatie over de vereiste hoeveelheid brandstof, verstuurd via de CAN-bus

De pomp heeft een eigen toerental- en positiesensor (een Hall-sensor) die gebruikt wordt als terugkoppeling van het pomp-vervroegingsmechanisme. Het signaal kan ook gebruikt worden door de motormanagement-ECU in noodloop-situatie als de krukassensor defect is. De connector van deze pomp heeft daarom twee aansluitingen met een 12 V blokspanning.

VP30 distribuerende brandstof-injectiepomp
Figuur 1: VP30 distribuerende brandstof-injectiepomp

Meten

Als eerste werd het foutcode-geheugen uitgelezen. Dat bevatte twee foutcodes:

  • U1900 CAN-bus communicatiefout
  • U0109 Communicatie met brandstofpomp-module verloren

Na wissen van de codes werd de motor weer gestart, maar hij wilde niet aanslaan. Dezelfde foutcodes kwamen gelijk terug. De pomp-ECU krijgt informatie over de vereiste hoeveelheid brandstof en de inspuitmomenten van de motormanagement-ECU via de CAN-bus, beide zijn essentiële signalen om de motor te laten lopen. Dit zijn dus belangrijke fouten die niet genegeerd kunnen worden.

Er werd besloten om met de automotive-oscilloscoop het stuursignaal voor de doseerklep (Ch1), het krukaspositiesignaal op de pomp (Ch2) en de CAN-bus (Ch3 en Ch4) te meten. De CAN-bus heeft een differentieel signaal, om stoorinvloeden van buiten te beperken. Met kanaal 3 werd het CAN-High-signaal gemeten, met kanaal 4 het CAN-Low-signaal. Met een Optellen/Aftrekken-I/O in de software wordt CAN-Low van CAN-High afgetrokken waardoor het eigenlijke CAN-signaal overblijft. Deze drie signalen worden getoond in figuur 2.

Ontbrekende pulsen in het doseerklep-stuursignaal

Figuur 2: Ontbrekende pulsen in het doseerklep-stuursignaal

De doseerklep wordt gestuurd met een laag-actief signaal. Iedere keer dat het signaal naar 0 V getrokken wordt, wordt de klep geactiveerd. Wanneer de klep weer gedeactiveerd wordt, veroorzaakt de spoel in de klep een hoge inductiepiek in positieve richting, wat normaal is voor dit signaal en wat genegeerd kan worden.

Er is een herhalend patroon te zien van twee klep-activaties en daarna enige tijd niets. Aangezien dit een 4-cilinder motor is, zou een een patroon met vier activaties verwacht worden, dus er lijkt iets niet in orde met het stuursignaal. Het is ook zichtbaar dat na iedere tweede klepactivatie de CAN-bus veel activiteit vertoont. Het krukaspositiesignaal lijkt in orde te zijn. Blijkbaar gaat er iets fout bij het activeren van de doseerklep, waardoor de pomp-ECU stopt te functioneren en de CAN-communicatie verloren gaat.

Timingsprobleem?

Met het vermoeden dat dit veroorzaakt werd door een timingsprobleem, werd een tweede meting uitgevoerd. Kanaal 1 werd verbonden met het klep-stuursignaal, kanaal 2 met het pomp-vervroegingssignaal en kanaal 3 met het krukassignaal van de motor. De gemeten signalen zijn te zien in figuur 3.

Pompvervroegingssignaal valt weg na sluiten klep

Figuur 3: Pompvervroegingssignaal valt weg na sluiten klep

Het is duidelijk te zien dat het pompvervroegingssignaal iedere keer wegvalt na het sluiten van de klep. Dit signaal wordt opgewekt door de pomp-ECU. Het feit dat dit signaal wegvalt na het aansturen van de doseerklep versterkt het idee dat het aansturen van de klep het uitvallen van de pomp-ECU veroorzaakt en niet een timingsprobleem.

Controleren van de klep

De klep wordt geactiveerd door een stroom door een spoel te sturen. Als het doseerklep-stuursignaal omlaag getrokken wordt, begint een stroom door de spoel te lopen. Deze spoel heeft een lage weerstand (0.2 tot 0.3 Ohm) waardoor een grote stroom gaat lopen. Er zou een probleem kunnen ontstaan als het stuursignaal niet voldoende laag naar nul getrokken wordt, maar in dit geval wordt het signaal voldoende laag gemaakt. Daarom werden het voedingssignaal voor de klep en de massa van de pomp gemeten.

Warning: Gebruik altijd een labscoop wanneer pulserende signalen gemeten moeten worden, nooit een voltmeter. Een voltmeter geeft een gemiddelde waarde over een bepaalde tijd weer, wat verbergt wat er daadwerkelijk gebeurt. Een oscilloscoop laat zien wat er precies gebeurt.

Klepvoeding heeft pieken bij activeren klep

Figuur 4: Klepvoeding heeft pieken bij activeren klep

Figuur 4 laat de meting op het doseerklep-stuursignaal (kanaal 1, bovenaan), de klepvoeding (kanaal 2, midden) en de pomp-ECU-massa (kanaal 3, onder) zien. Alle signalen werden gemeten ten opzichte van de massaklem van de accu, zodat spanningsverliezen zichtbaar worden.

Als de klep bediend wordt, zakt de spanning van de klepvoeding flink. Dit is amper zichtbaar omdat de spanningsdip zo kortstondig is. De pomp-ECU-massa vertoont ook een kleine piek, maar die is maar klein.

Pompvoeding daalt als klep wordt geactiveerd

Figuur 5: Pompvoeding daalt als klep wordt geactiveerd

De meting werd herhaald met ditmaal de pomp-ECU-voeding in plaats van de klepvoeding. De pomp-ECU-voeding vertoont dezelfde spanningsval, wat aangeeft dat dit veroorzaakt wordt buiten de pomp. Bij uitvergroten op een enkele doseerklep-stuurpuls wordt goed zichtbaar wat er gebeurt, zie figuur 5. Wanneer de stroom door de spoel van de klep loopt, daalt de pomp-ECU-voeding kortstondig van 10 V naar 5.28 V. Tegelijkertijd stijgt het massaniveau tot 0.76 V. Er blijft dan maar 4.5 V over voor de pomp-ECU. De ECU kan niet op functioneren bij zo'n lage voedingsspanning en stopt met werken. Dat verklaart waarom de doseerklep-stuurpulsen ontbraken en de CAN-communicatie wegviel.

Oorzaak

Er moest een probleem zijn met de positieve voeding van de pomp-ECU. Volgens het bedradingsschema wordt de pomp-voeding gestuurd met een relais. Een slecht contact in dit relais of in de bedrading van en naar het relais moest de oorzaak van de spanningsval zijn. De bedrading en het relais werden overbrugd met een draad rechtstreeks van de plus van de accu naar de voedingsaansluiting op de pomp. De motor startte gelijk en de signalen zagen er nu een stuk beter uit, zie figuur 6.

Perfecte situatie met extra voedingsdraad

Figuur 6: Perfecte situatie met extra voedingsdraad

Oplossing

Nu het relais en de bijbehorende bedrading overbrugd waren, was het probleem weg, wat aangeeft dat een van de twee een slecht contact moet hebben wat de spanningsval naar de pomp veroorzaakt. De garage kreeg het advies het relais en de bedrading te controleren en waar nodig te repareren of vervangen.

Conclusie

Met de juiste gereedschappen een goede diagnose van een probleem stellen kan een groot verschil maken. Deze auto heeft waarschijnlijk helemaal geen nieuwe pomp en motor nodig gehad, waarschijnlijk was een nieuw relais of nieuwe bedrading het enige dat nodig was. Het zou veel tijd en geld bespaard hebben.

Als de pompvoeding met een multimeter was gemeten, zou deze ongeveer 10 V aangegeven hebben, wat niet gelijk iemand had gealarmeerd. Maar, door de spanning te meten met een goede automotive-oscilloscoop als de Automotive scope ATS5004D, werden de korte maar significante spanningsvallen op de pomp-voeding zichtbaar, wat uiteindelijk leidde naar de oorzaak van het probleem in deze auto.

R. Metzelaar