Saab 9-5 hikt zo nu en dan

Autoinformatie

Merk:Saab
Model:9-5
Jaar:1999
Motor:2.0 L
Motorcode:B205E
Aantal cylinders:4
Brandstoftype:Benzine
Motormanagementsysteem:Trionic T7
Saab 9-5 1999 2.0 L B205E 4 Benzine Trionic T7

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.

Probleembeschrijving

Een Saab 9-5 uit 1999 vertoont een onregelmatig weerkerend probleem. Zo nu en dan hikt de motor tijdens het rijden, maar loopt daarna weer goed verder. De garage kon geen problemen vinden, omdat er geen foutcodes opgeslagen waren. Omdat de hikken maar soms optraden en de auto verder goed reed, kon de eigenaar er mee leven. Na verloop van tijd werd het probleem echter erger en in een geval wilde de auto 20 minuten lang niet starten nadat de eigenaar getankt had. Het probleem begon nu regelmatig op te treden en uiteindelijk maakte de garage het probleem ook zelf mee. Zij constateerden dat er geen vonk uit de special Saab Direct Injection cassette kwam en concludeerden dat die defect was en vervangen moest worden. Helaas, toen de eigenaar zijn auto met nieuwe cassette terugkreeg, bleek het probleem niet te zijn opgelost. De auto werd toen naar GMTO gebracht en aan een gedegen onderzoek onderworpen.

Achtergrondinformatie

Direct Ignition

Saab rust zijn auto's uit met een speciaal Direct Ignition-systeem. De ontstekingsaansturing zit samen met de bobines in een oliegevulde cassette. Deze cassette wordt direct op de bougies geplaatst, waardoor er geen bougiekabels en verdeler nodig zijn. Verder maakt dit DI-systeem een nokkenassensor overbodig, maar een krukassensor is nog wel nodig.

Als een motor geen nokkenassensor heeft, is de nokkenaspositie niet bekend bij het starten van de motor. Toch is het mogelijk de motor te laten lopen, door de injectoren en de ontsteking per twee cilinders (DIS 1-4 en 2-3) aan te sturen. Om sequentiële ontsteking in plaats van DIS te gebruiken, zou het toevoegen van een nokkenassensor volstaan. Saab besloot het echter op een andere manier op te lossen.

Ontstekingsdetectie

Iedere bougie heeft een eigen bobine die voorzien is van een speciaal circuit. Als de bougie niet vonkt, zet het systeem een lage spanning op de bougie om de ionisatie in de cilinder te meten. De ionisatiestroommeting wordt gebruikt om te bepalen of het mengsel in de cilinder goed ontbrandt. Deze informatie kan gebruikt worden om een misfire te detecteren. Bij aanvang van het starten van de motor weet de Engine Control Unit (ECU) de juiste ontsteekvolgorde nog niet en stuurt de injectoren en ontsteking twee bij twee aan. Dit leidt altijd tot een goede ontsteking in een van de cilinders in beide cilinderparen. Die ontbranding wordt gedetecteerd door het systeem dat daarna de juiste inspuit- en ontsteekvolgorde kan bepalen. Figuur 1 toont heel duidelijk de overgang in het inspuit- en ontsteekpatroon.

Overschakelen van DIS-ontsteking naar sequentiële ontsteking

Figuur 1: Overschakelen van DIS-ontsteking naar sequentiële ontsteking

De vier stuursignalen voor de afzonderlijke bobines zijn gemeten met een diagnose-oscilloscoop. De bobines voor cilinder 1 (boven) en 4 (onder) worden eerst aangestuurd en cilinders 2 en 3 (midden) worden daarna aangestuurd. Na een aantal pulsen (ongeveer twee omwentelingen) heeft de ECU de juiste volgorde bepaald en schakelt om naar sequentiële aansturing.

De DI-cassette heeft twee ontsteekdetectie-aansluitingen. Het signaal voor de ontsteekdetectie van cilinders 1 en 2 is aanwezig op pin 8. Het signaal voor cilinders 3 en 4 op pin 9. Figuur 2 toont het ontstekingsstuursignaal van cilinder 1, gemeten op kanaal 1 van de automotive labscoop. Het ontstekingsdetectiesignaal van cilinders 1 en 2 is gemeten met kanaal 2 en een injectorsignaal is gemeten op kanaal 3.

Ontsteking gedetecteerd

Figuur 2: Ontsteking gedetecteerd

Het scoopbeeld in Figuur 2 toont een brede puls in het ontstekingsdetectiesignaal op het moment dat er een stuurpuls aanwezig is in het ontstekingsstuursignaal op kanaal 1. Deze brede puls toont aan dat er een ontsteking in deze cilinder plaatsvond. De andere brede puls die vlak voor deze puls te zien is, is de ontstekingsdetectie van cilinder 2, die vlak voor cilinder 1 ontsteekt.

Meten

Bij problemen zoals deze auto vertoont, is het goed gebruik eerst de signalen te meten die voor de ECU essentieel zijn om de motor goed te laten lopen. Dit zijn het ontstekingssuursignaal, het injectiestuursignaal en het krukassignaal. De automotive-oscilloscoop is ingesteld om langdurig met hoge snelheid te meten, waarbij een handmatige triggerknop wordt gebruikt om de meting te triggeren als het probleem optreedt. De labscoop meet al voordat de triggerknop wordt ingedrukt, dus de meting toont zelfs de signalen voordat de knop was ingedrukt. Als de motor hikt tijdens het rijden zorgt een simpele druk op de knop er voor dat de signalen vastgelegd en opgeslagen worden. Dezelfde signalen werden gemeten als in Figuur 2, met de toevoeging van het krukassignaal op kanaal 4.

Motorhapering vastgelegd

Figuur 3: Motorhapering vastgelegd

Figuur 3 toont de signalen die werden gemeten tijdens het rijden met de auto, toen de motor haperde. Het onderste signaal ziet er vreemd uit: het krukassignaal wordt plotseling meer dan 20 keer zo hoog in amplitude en valt kort daarna terug naar de oorspronkelijke, vrij lage amplitude. De bovenste drie signalen laten zien dat zowel ontstekingsaansturing en injectieaansturing ontbreken en als gevolg daarvan uiteraard ook het ontstekingsdetectiesignaal.

Laag krukassignaal

Figuur 4: Laag krukassignaal

Na de meting is de motor afgezet; hij wilde daarna niet weer starten. Het enige aanwezige signaal was toen het krukassignaal. Hoewel erg laag, vertoonde dit signaal wel het juiste patroon. Figuur 4 toont een gedetailleerde meting van het krukassignaal, waarin te zien is dat de toppen in het signaal maar net 0.1 V zijn, wat veel te laag is om de motor goed te laten lopen.

Oorzaak

Nadat de motor afgekoeld was wilde hij weer starten, het krukassignaal was nu een stuk hoger. Op sommige momenten tijdens het rijden bereikte het pieken van meer dan 80 V. Het bleek dat de interne weerstand van de krukassensor in warme toestand veel hoger was dan in koude toestand. Conclusie: krukassensor defect.

Maar waarom wilde de motor wel blijven lopen met een defecte sensor? In de meeste gevallen wilde de motor gewoon starten omdat hij nog koud was en de sensor dan normaal werkte. Eenmaal warm, tijdens het rijden, gebeurde het dat de sensor kortstondig onderbroken werd, wat resulteerde in de grote verandering in amplitude. De ECU stopte dan gelijk met aansturen van ontsteking in injectie. Maar het signaal bleef kennelijk hoog genoeg voor de ECU om krukaspositie en toerental uit te halen, waardoor niet lang daarna de ECU de aansturing hervatte, wat leidde tot de "hik". Verdere metingen onthulden nog meer problemen met het krukassignaal, te zien in Figuur 5.

problemen in het krukassignaal

Figuur 5: problemen in het krukassignaal

Oplossing

De problemen zijn opgelost door vervangen van de krukassensor.

Conclusie

De garage was te snel met de conclusie dat de DI-cassette defect was omdat er geen ontstekingssignalen uit kwamen. Als een systeem is samengesteld uit een keten van componenten en het laatste component in de keten stuurt geen signaal uit, houdt dat niet automatisch in dat dat betreffende component defect is. Een van de componenten eerder in de keten kan ook defect zijn, waardoor het laatste component niet de juiste informatie krijgt om de juiste signalen te genereren. Het is daarom zaak ook altijd eerder in de keten te meten of de vereiste signalen daar aanwezig zijn. Door dit systematisch te doen komt uiteindelijk altijd de boosdoener boven water.

Een goede diagnose-oscilloscoop is daarbij onontbeerlijk. Fouten in signalen kunnen zodanig zijn dat ze met eenvoudige apparatuur niet te vinden zijn. Met bijvoorbeeld een multimeter was het nooit gelukt de korte spanningssprongen (< 30 ms) in het krukassignaal vast te leggen.

R. Metzelaar