Volkswagen Golf 4 accelereert met luide knallen

Autoinformatie

Merk:Volkswagen
Model:Golf 4 GTI
Jaar:1999
Motor:1.8 L 20v Turbo
Motorcode:AGU
Aantal cylinders:4
Brandstoftype:Benzine
Motormanagementsysteem:Motronic 3.8.3
Volkswagen Golf 4 GTI 1999 1.8 L 20v Turbo AGU 4 Benzine Motronic 3.8.3

Gebruikte apparatuur

Automotive scope ATS5004D

4-kanaals automotive-oscilloscoop met differentiële ingangen

Accelerometer TP-ACC20

2-kanaals versnellingsopnemer
APS260

APS260

Absolute druk-sensor

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 Golf 4 turbo GTI uit 1999, met AGU-motor en een maximum vermogen van 109 kW, had flinke problemen bij het accelereren. Optrekken van 0 tot 80 km per uur nam ongeveer 16 seconden in beslag, wat veel te lang is voor deze auto. Behalve het gebrek aan vermogen, hield de motor elke halve seconde in en produceerde veel knallen in de uitlaat.

De garage kon geen foutcodes uit de auto uitlezen. Ze moesten dus volledig op hun eigen diagnose afgaan. Diverse onderdelen werden vervangen, waaronder de turbo, de ECU, de luchtmassameter, de ontstekingsmodule en de turbodrukregelklep. Niets hielp, het probleem bleef.

Meten

Meten van het motorvermogen

De eerste meting die uitgevoerd werd was een controle van het motorvermogen. Met een Accelerometer TP-ACC20 gekoppeld aan de diagnose-oscilloscoop werd een testrit uitgevoerd: accelereer met vol gas in de tweede versnelling. Een speciale functie in de automotive labscoop-software berekent dan uit de gemeten waarden de werkelijke snelheid en het vermogen en toont beide in een grafiek.

Motorvermogen en snelheid tijdens optrekken

Figuur 1: Motorvermogen en snelheid tijdens optrekken

Figuur 1 toont de acceleratie van 0 tot 80 km/u in ongeveer 16 seconden, een sterk variërende vermogensgrafiek die veel te laag blijft en een berekend motorvermogen van bijna 69 kW.

Meten aan de luchtmassameter

De garage had zich gericht op de turbo en de luchtstroom in de motor, dus de volgende stap was het meten van ontstekingssignalen, injectiesignalen en de luchtmassameter (MAF). Figuur 2 toont het injectiesignaal en het luchtmassametersignaal als de motor inhoudt.

Luchtmassametersignaal en injectiesignaal tijdens inhouden motor

Figuur 2: Luchtmassametersignaal en injectiesignaal tijdens inhouden motor

Zowel het luchtmassametersignaal als het injectiesignaal veranderen als de motor inhoudt. Het luchtmassametersignaal maakt een grote sprong omhoog, tot meer dan 6 V, terwijl het normaal rond 4.5 V blijft. Het injectorsignaal laat een lange openingstijd zien tijdens het inhouden, wat tot te veel brandstof in de cilinder leidt. De hoge pieken in het luchtmassametersignaal komen overeen met de ploffen in de uitlaat.

Meten van de turbodruk

De luchtmassameter meet de hoeveelheid lucht die de motor ingaat, zodat de Engine Control Unit (ECU) de hoeveelheid brandstof kan bepalen voor een optimale verbranding. De grote pieken in het luchtmassametersignaal wijzen op een veel grotere luchtstroom, die door de turbo veroorzaakt kunnen worden. Daarom was de volgende stap het meten van de turbodruk, het stuursignaal van de turbodrukregelklep en het luchtmassametersignaal.

Het motormanagementsysteem van deze motor heeft geen turbodruksensor, dus werd een externe druksensor op het systeem aangesloten. Met de APS260 Absolute druk-sensor kunnen inlaatvacuüm en turbodruk tussen 0 en 260 kPa (2.6 bar) gemeten worden. De APS260 is aangesloten op kanaal 1 van de automotive-oscilloscoop.

De turbodrukregelklep regelt de turbodruk. Deze klep wordt gestuurd vanuit de ECU met een pulsbreedte-gemoduleerd signaal. De duty-cycle van dit signaal bepaalt hoe ver de klep geopend wordt. De automotive-software voor de diagnose-oscilloscoop heeft een functie waarmee zo'n signaal gemeten kan worden en waarmee gelijk het verloop van de duty-cycle in grafiekvorm getoond kan worden. Het stuursignaal voor de turbodrukregelklep is aangesloten op kanaal 3.

Kanaal 2 meet het luchtmassametersignaal. De drie signalen zijn te zien in Figuur 3.

Turbodruk tijdens inhouden motor

Figuur 3: Turbodruk tijdens inhouden motor

Het turbodrukregelklepsignaal stijgt zeer snel naar 100%, wat inhoudt dat het motormanagementsysteem meer turbodruk wil hebben. De turbodruk zelf stijgt echter maar langzaam en het signaal van de luchtmassameter stijgt ook niet snel, wat inhoudt dat de luchtstroom niet snel toeneemt. Omdat dit systeem geen turbodruksensor heeft, haalt de ECU de informatie voor het regelen van de turbodruk uit het signaal van de luchtmassameter. Bij een te laag luchtmassametersignaal zal de turbodruk verhoogd moeten worden om een grotere luchtstroom te krijgen, wat te zien is in het turbodrukregelklepsignaal, dat naar 100% (volledig open) gaat.

Plof

In figuur 3 is duidelijk te zien dat het luchtmassametersignaal op een bepaald moment zeer sterk stijgt, ver boven het normale niveau. Kort daarna probeert de ECU die grote toename in luchtstroom te compenseren door de turbodrukregelklep gedeeltelijk te sluiten, de duty-cycle daalt naar 70%. In plaats van een verbetering, verslechtert dit echter de zaak. Het luchtmassametersignaal begint sterk te variëren en de turbodruk daalt, waarna de regelklep weer verder open gestuurd wordt, zonder gevolg. De conclusie is op dat moment dat de plof in de uitlaat de plotselinge stijging in de luchtstroom veroorzaakt.

Als de luchtmassameter bijdraagt aan het probleem, kan het interessant zijn te zien wat er gebeurt als deze sensor tijdelijk wordt losgekoppeld. De motor zal dan in een noodloop-situatie komen en met standaard waarden gaan werken. De motor hield echter hetzelfde probleem: sterk inhouden en ploffen in de uitlaat. Daarmee werd duidelijk dat het probleem in de verkeerde richting werd gezocht.

Oorzaak

Terug naar de basis: meten van brandstofdruk, compressie en ontsteking. Wat bleek: bij stationair toerental was de brandstofdruk een keurige 250 kPa (2,5 bar). Maar wanneer de vacuümslang van de brandstofdrukregelaar was losgekoppeld, steeg de brandstofdruk naar slechts 270 kPa, terwijl een waarde van 300 kPa verwacht werd. Zelfs bij dichtknijpen van de retourslang bleef de druk 270 kPa, terwijl dan de druk zou moeten oplopen tot een waarde van 600 kPa. Dit waren genoeg aanwijzingen om de brandstofpomp als schuldige aan te wijzen.

Oplossing

Turbodruk en luchtstroom met nieuwe brandstofpomp

Figuur 4: Turbodruk en luchtstroom met nieuwe brandstofpomp

Het probleem werd opgelost door de brandstofpomp te vervangen. Figuur 4 toont de turbodruk en het luchtmassametersignaal na vervangen van de pomp. De drukopbouw en het luchtmassametersignaal zien er goed uit en de duty-cycle stabiliseert zich op 70%.

Conclusie

Deze auto bewijst het belang van een goede diagnose: begin bij de basis en sla geen stappen over.

De ploffen werden waarschijnlijk veroorzaakt door een te arm mengsel. Als gevolg van het sterke stijgen van het luchtmassametersignaal door de ploffen, werden de injectoren langer geopend, wat de motor aan de praat hield. Maar dan stabiliseerde het systeem zich weer in een te arme situatie waardoor het hele proces opnieuw begon. Met de nieuwe pomp werd ook een nieuwe vermogensmeting gedaan, nu werd een vermogen van 108 kW gemeten, als te zien is in Figuur 5.

Meer vermogen met nieuwe brandstofpomp

Figuur 5: Meer vermogen met nieuwe brandstofpomp

R. Metzelaar