Problematische Volvo XC70

Autoinformatie

Merk:Volvo
Model:XC70
Jaar:2001
Motor:2.4L
Motorcode:B5244T3
Aantal cylinders:4
Brandstoftype:Benzine
Motormanagementsysteem:Motronic-ME7
Volvo XC70 2001 2.4L B5244T3 4 Benzine Motronic-ME7

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

Een klant van GMTO kreeg een Volvo XC70 uit 2001 ter reparatie. De eigenaar van de auto had deze tweedehands gekocht bij een andere garage. Toen hij de auto kreeg, had deze problemen, maar de verkopende garage kon die niet oplossen. Een ding dat ze gedaan hadden was de uitlaat-nokkenas-verstelling vervangen, maar dit loste het probleem niet op.

De auto werd toen naar een andere garage gebracht, de GMTO-klant. Daar werden de volgende foutcodes uit de auto gelezen:

  • Nokkenas-positie fasefout
  • Knock-sensor-circuit
  • LMM-sensorsignaal onlogisch
  • Mengsel langdurig onjuist, maximale regelgrens bereikt

Deze verschillende foutcodes kunnen op afzonderlijke problemen wijzen, maar kunnen ook door één probleem veroorzaakt worden. Een verkeerde nokkenas-positie wordt zeer waarschijnlijk veroorzaakt door een direct mechanisch probleem. De Electronic Control Unit (ECU) meet zowel de krukas-positie en de nokkenas-positie met sensoren en wanneer de onderlinge relatie niet goed is wordt een fout opgeslagen. De andere fouten zijn indirecte fouten, deze kunnen ontstaan als gevolg van een niet goed werkend onderdeel in een ander gebied. Het is daarom niet vreemd eerst in de hoek van de nokkenas te kijken en de uitlaat-nokkenas-versteleenheid te vervangen. Het feit dat deze onderdelen in het imitatiecircuit goed leverbaar zijn, geeft aan dat dit onderdeel vaker vervangen wordt.

De tweede garage besloot ook de inlaat-nokkenas-versteleenheid te vervangen. Deze maakt deel uit van de uitlaat-nokkenas-pulley, vervanging houdt in dat ook de distributie opnieuw afgesteld moet worden. Het probleem was nog steeds niet opgelost en GMTO werd benaderd voor hulp.

Probleembeschrijving

De auto vertoonde diverse problemen:

  • de motor had geen vermogen
  • het storingslampje ging branden
  • bij stationair lopen of bij afremmen sloeg de motor soms af

Meten

De eerste stap bij het diagnose stellen bij een niet goed lopende motor is het meten van de essentiële signalen voor een motor met een goede automotive diagnose-oscilloscoop. Dit zijn het krukas-sensorsignaal, het nokkenas-sensorsignaal, een injectiesignaal en een ontstekingssignaal.

Het Automotive Test en Informatie Systeem ATIS biedt speciale oscilloscoop-instellingen voor dit soort metingen. Het toont hoe de automotive-labscoop op de diverse onderdelen in de auto aangesloten moet worden. Verder stelt het de automotive-oscilloscoop in met de juiste instellingen. Voor deze meting is de labscoop ingesteld op een meting van 2.6 seconden met een hoge bemonsteringssnelheid (sample-frequentie). De oscilloscoop wordt zo ingesteld dat hij reageert op een hand-triggerknop. Er wordt met de auto gereden en de meting wordt gestart. Op het moment dat de motor inhoudt, wordt op de hand-triggerknop gedrukt en wordt de scoop opdracht gegeven de signalen op te slaan. Met deze instelling worden zelfs 2.3 seconden van de signalen voor het indrukken van de triggerknop opgeslagen, waardoor goed te zien is wat er gebeurt bij het inhouden van de motor. Figuur 1 toont de gemeten signalen.

De essentiële signalen gemeten

Figuur 1: De essentiële signalen gemeten

Behalve de vier signalen uit de auto toont deze meting ook een grafiek met het toerental van de motor. Deze grafiek wordt gemaakt met behulp van een RPM-I/O, die een krukassignaal omzet in een toerental-signaal.

In de toerental-grafiek is duidelijk te zien dat de motor inhoudt, het toerental zakt aanmerkelijk. Alle andere signalen blijven aanwezig en het toerental herstelt zich op zijn oorspronkelijke waarde. Dit geeft aan dat de basis van het motormanagementsysteem goed werkt en dat de fout ergens anders gezocht moet worden.

Nokkenas-timing

Omdat een van de gemelde fouten de nokkenas-timing betreft, werd besloten de relatie tussen het krukassignaal en het nokkenassignaal nader te onderzoeken. In het verleden was al eens de relatie tussen deze signalen gemeten bij een zelfde motor, die geen problemen vertoonde. Deze motor heeft een verstelbare uitlaat-nokkenas-timing, gestuurd door een signaal uit de ECU. Om een goede vergelijking te kunnen maken, worden de twee signalen gemeten met los gehaalde versteleenheid. De signalen van de goede motor zijn te zien in figuur 2.

Krukas- en nokkenas-timing OK

Figuur 2: Krukas- en nokkenas-timing OK

De neergaande flank in het nokkenassignaal is 10 tanden (pulsen) voor het referentiepunt in het krukassignaal. Dezelfde meting is ook met de probleemmotor gedaan, de resultaten staan in Figuur 3.

Krukas- en nokkenas-timing fout

Figuur 3: Krukas- en nokkenas-timing fout

De signalen vertonen een groot verschil, de neergaande flank in het nokkenassignaal ligt nu vijf tanden voor het referentiepunt in het krukassignaal. De krukas heeft 60 tanden, wat 60 pulsen per omwenteling oplevert, of een puls per 6 graden. De nokkenas van deze motor staat 5 * 6 = 30 graden te laat, een significant verschil. Bij de garage werd nagevraagd of de nokkenassen juist waren afgesteld na het vervangen van de versteleenheden. De vervangende eenheden werden geleverd met speciaal afstelgereedschap, dat de garage zegt te hebben gebruikt. Hoewel er nog steeds twijfels waren over de afstelling van de nokkenassen, werd eerst verder gezocht naar de oorzaak, gericht op de andere onderdelen.

Lucht Massa Meter (LMM)

Twee van de gemelde fouten hadden betrekking op het brandstofmengsel en de Lucht Massa Meter (LMM) sensor (ook wel Mass Air Flow of MAF-sensor). Deze twee hebben een directe relatie tot elkaar, daarom werd nu aan de LMM-sensor gemeten. De automotive-oscilloscoop werd ingesteld gedurende een lange tijd continu te meten en werd ook geladen met een voorbeeldsignaal van een goede LMM-sensor. Het contact werd aangezet, de motor gestart en daarna werd het toerental langzaam opgevoerd. De signalen zijn te zien in figuur 4.

LMM-sensorsignaal

Figuur 4: LMM-sensorsignaal

Beide signalen vertonen eenzelfde patroon, alleen iets verschoven in tijd. Het signaal van de LMM-sensor is echter steeds 0.4 V hoger dan het referentiesignaal, gedurende het gehele patroon. Dit wijst op een mogelijk probleem met de LMM-sensor, wat de twee fouten over het mengsel en de LMM-sensor zou verklaren.

Deze motor gebruikt een geavanceerde LMM-sensor, die niet alleen de hoeveelheid lucht die passeert kan meten, maar ook richting waarin de lucht stroomt registreert. De sensor heeft een speciaal pad waardoor de lucht stroomt, aangegeven met de blauwe pijl in figuur 5. Een hitte-film in dat pad (het witte vierkantje) meet de luchtstroom en de stroomrichting. De elektronica bewerkt de signalen en genereert het uitgangssignaal.

LMM-sensor
Figuur 5: LMM-sensor

Oorzaak en oplossing

De LMM-sensor vervangen

Na overleg met de garage werd de LMM-sensor vervangen door een nieuwe sensor. De motor liep nu beter, maar nog steeds niet naar behoren.

Terug naar de nokkenas-timing

Er waren nog steeds twijfels over de afstelling van de nokkenas. De nokkenas wordt via een tandwiel aangedreven. Als dit tandwiel een tand verdraaid wordt, geeft dit een hoekverschil van 18 graden tussen nokkenas en krukas. De nokkenas in deze motor stond 30 graden te laat ten opzichte van een goed lopende motor. Het tandwiel een tand verdraaien zodat de nokkenas vroeger komt te staan gaf een grote verbetering. De motor liep nu een stuk beter en had veel meer vermogen. Ook hield hij niet meer in en sloeg niet meer af. Er werden nog enkele mechanische afstellingen gedaan waardoor de nokkenas uiteindelijk 6 graden "te laat" stond. De motor liep nu goed en het storingslampje ging niet meer aan. De garage werd geadviseerd de afstelling van de nokkenas opnieuw uit te voeren en goed te controleren.

Conclusie

Deze auto vertoonde twee onafhankelijke problemen die beide de motor slecht lieten lopen. Dat maakt het foutzoeken een stuk lastiger. Echter, door de essentiële signalen te meten met een goede automotive-oscilloscoop als de Automotive scope ATS5004D, werd de oorzaak van beide problemen gevonden.

R. Metzelaar