Úskalí diagnostiky snímačů otáček

V následujícím článku vás seznámíme s typickým příkladem z praxe (Škoda Fabia 1.4 TDI PD), kdy metoda diagnostiky pomocí multimetru (statické měření napětí, odporu, konektivity – přerušení obvodu), nebo s využitím sériové čtečky chybových kódů (DTC), nestačí a je nezbytně nutné provést měření osciloskopem, umožňujícím dokonalejší (reálný) pohled do dynamických pochodů (v zatíženém stavu) v elektronicky řízených systémech automobilu.

Jednoho dne náš servis navštívil zoufalý mechanik, jenž neměl k dispozici výše zmíněný osciloskop a diagnostika multimetrem, ani sériovou čtečkou, mu nedokázala pomoci s odhalením skutečné příčiny závady. Naneštěstí pro něj se pak v očích zákazníka může jevit jen jakou pouhý měnič dílů (dnes nemálo rozšířený jev), protože řídící jednotka hlásila závadu snímače polohy vačkové hřídele, který následně vyměnil, bez kýženého efektu v odstranění reklamovaného problému.

Na jeho obhajobu uveďme, že se tak stalo navzdory prověření přítomnosti napájení snímače i „nepřerušenosti“ signálního vodiče od snímače k řídící jednotky motoru (ECU). Což se týká právě nelichotivé kategorie „odborníků“ slepě věřících hlášení sériových čteček a měnících komponenty, bez jakékoliv další kontroly. Případně využívajících „diagnostické“ metody pokus – omyl (vyměníme – uvidíme).

V následujícím článku vám tato tvrzení předvedeme na praktických příkladech dokládajících nutnost znalosti reálných průběhů elektrických signálů z hlediska jejich kvality – napěťové nebo proudové úrovně, tvaru, přítomnosti rušení atd. Jako příklad uveďme kvalitu ukostření (lze posoudit pouze v zátěži v okamžiku startu), rušení od zapalovacích soustav (zejména vliv na otáčkové snímače), přítomnost netěsnosti (kyslíkové šoky na lambdasondách), ev. snížené průchodnosti (vyhodnocením signálů MAP senzoru) sacích i výfukových soustav atd.

Základní informace

Postup diagnostiky

1. Kontrola paměti závad

Po vymazání paměti závad jsme nechali motor nějakou dobu běžet a opět vyčetli totožné chybové kódy. Zde je třeba zmínit, že před vymazáním paměti závad je nutné její uložení, ev. vytisknutí pro následné porovnání, případně doložení zákazníkovi.

Vymazáním paměti a jejím opakovaným načtením vyfiltrujeme zavlečené závady, např. z důvodu předchozí diagnostiky metodou „rozpojování konektorů“ od jednotlivých snímačů, akčních členů atd.

Na druhou stranu nám „nesmazatelná“ závada může poukázat na problém v přerušeném elektrickém obvodu, daného komponentu (např. povyjetý konektor). Praxe však ukazuje, že ne vždy musí ECU zaznamenat rozpojený obvod – zde záleží na dokonalosti vnitřní diagnostiky, co vše a kdy řídící jednotka sleduje.

Například u Škody Fábia 1.2 HTP při testu komprese s odpojenými konektory od vstřikovačů i zapalovacích modulů nezaznamená ECU žádný chybový kód, i když startér roztáčí motor a je tedy zapnuto zapalování a ECU v činnosti.

2. Kontrola funkce svorky DF na alternátoru (DTC 17911)

Možné příčiny závady

• Vadný regulátor
• Vadný alternátor
• Přerušené vedení mezi alternátorem a řídící jednotkou motoru (ECU)

Projev závady

• Ihned po nastartování motoru nezhasne kontrolka dobíjení, pro její zhasnutí je nutné zvýšení otáček motoru (nad cca 1600 ot./min)

Další měření budou prováděna pomocí digitálního osciloskopu, umožňujícího záznam napětí v čase, s možností volby vhodného napěťového rozsahu i časové osy (základny), pro dokonalou čitelnost daného průběhu signálu.

V případě použití vhodných převodníků je možný záznam i jiné fyzikální veličiny, než napětí, např. proudu pomocí proudových kleští (převodník „U/I“) nebo tlaku díky měřící tlakové sondě (převodník “U/p“), atd.

Také uveďme nepopíratelnou výhodu osciloskopu v jeho univerzálnosti – pokud máme přístup k místu snímání napětí, proudu, tlaku apod., můžeme měřit na čemkoli, co je v rozsahu daného přístroje (napětí, frekvence) a nejsme v porovnání se sériovou diagnostikou nikterak omezování diagnostickým rozhraním v podobě tvaru diagnostické zásuvky nebo typu komunikačního protokolu.

Obr. 2: Připojení měřících kanálů osciloskopu k alternátoru a ECU

Oscilogram č. 1: Start motoru, časová základna 800ms/dílek

CH1: svorka DFM na ECU pin 38 (zelená), CH2: + svorka B + (žlutá), CH3: D+ alternátor pin 1(modrá), CH4: svorka DFM na alternátoru pin2 (červená).

Uvedené barvy se týkají záznamů jednotlivých měřících kanálů, jak je vykresluje osciloskop, nejedná se o barvy vodičů. Konkrétně CH1…zelený průběh, CH2…žlutý průběh, CH3…modrý průběh, CH4…červený průběh. Toto platí i pro další oscilogramy v režimu CH4 Common u Osciloskopu DIANA HD34N, tedy měření s využitím čtyř kanálů najednou, viz níže.

Oscilogram č. 2: Motor běží na zvýšený volnoběh - detailní zobrazení (časová základna 200 ms/dílek)

CH1: svorka DFM na ECU pin 38 (zelená), CH2: + svorka AKU (žlutá), CH3: D+ alternátor pin 1(modrá), CH4: svorka DFM na alternátoru pin2 (červená),

Obr. 3: Záznam zobrazovaných hodnot přístrojem SuperVAG - volnoběh

Obr. 4: Záznam zobrazovaných hodnot přístrojem SuperVAG – zvýšený volnoběh, změna zatížení

Obr. 5: Záznam zobrazovaných hodnot přístrojem SuperVAG – zvýšený volnoběh, počátek činnosti alternátoru

Obr. 6: Záznam zobrazovaných hodnot přístrojem SuperVAG – zvýšený volnoběh, plné dobíjecí napětí

Po opravě přerušeného vedení D+/DFM

Oscilogram č. 3: Start motoru, časová základna 200 ms/dílek

CH1: Svorka DF na ECU pin 38 (zelená), CH2: svorka B+ alternátor (žlutá), CH3: D+ alternátor pin 1 (modrá), CH4: svorka DF na alternátoru pin 2 (červená)

Oscilogram č. 4: Motor ve volnoběhu – nabuzení alternátoru – počátek dobíjení

CH1: Svorka DF na ECU pin 38 (zelená), CH2: svorka B+ alternátor (žlutá), CH3: D+ alternátor pin 1 (modrá), CH4: svorka DF na alternátoru pin 2 (červená)

Oscilogram č. 5: Motor ve volnoběhu – nabuzení alternátoru – počátek dobíjení

CH1: Svorka DF na ECU pin 38 (zelená), CH2: svorka B+ alternátor (žlutá), CH3: D+ alternátor pin 1 (modrá), CH4: svorka DF na alternátoru pin 2 (červená)

Obr. 9: Záznam zobrazovaných hodnot přístrojem SuperVAG – zapnuto zapalování

Obr. 10: Záznam zobrazovaných hodnot přístrojem SuperVAG – krátce po startu motoru

3. Kontrola paměti závad po opravě okruhu D+/

4. Kontrola funkce snímače vačkové hřídele (DTC 19493)

Oscilogram č. 6: : Napětí vstřikovačů 1 (zelená), 2 (žlutá), 3 (modrá), CH4: signál snímače vačky (červená) – volnoběh, časová základna 19,2 ms

Oscilogram č. 7: Proud vstřikovače (černá), CH2: spínané napětí vstřikovače (modrá) - volnoběh

5. Kontrola funkce snímače klikové hřídele

Oscilogram č. 8: Napětí vstřikovačů 1 (zelená), 2 (žlutá), 3 (modrá), CH4: signál snímače kliky (červená) - volnoběh

Oscilogram č.9: CH1: signál snímače klikové hřídele (černá), CH2: signál snímače vačkové hřídele (modrá) - volnoběh– detailnější zobrazení závady (časová základna 6,4 ms/dílek)

Dále uveďme, že amplituda i frekvence induktivního snímače otáček je závislá na velikosti otáček impulzního kola snímače – roste s otáčkami, viz obr. 11. Na tento fakt je třeba pamatovat při synchronizaci zobrazovaných průběhů (synchronizace – zastavení signálů na obrazovce osciloskopu), pomocí „polohové“ značky (největší amplituda signálu), jež bude funkční pouze do okamžiku, než „běžné“ značky dosáhnou stejné napěťové hodnoty jako u „polohové“ značky, nastavené jako spouštěcí napěťová úroveň, viz oscilogramy č. 10, 11 a 12.

Obr. 11: Změna frekvence i amplitudy signálu induktivního snímače se změnou otáček

Oscilogram č. 10: Funkční synchronizace na vzestupnou hranu – záznam se se nepohybuje vlevo

Oscilogram č. 11: : Nefunkční synchronizace na vzestupnou hranu – zvolena spouštěcí úroveň napětí shodná pro „polohovou“ značku i značky „běžné“ – zobrazovaný signál běží zprava doleva na obrazovce osciloskopu

Oscilogram č. 12: CH1: signál snímače klikové hřídele (černá), CH2: signál snímače vačkové hřídele (modrá) - volnoběh– detailnější zobrazení závady (časová základna 6,4 ms/dílek)

Oscilogram č. 13: CH1: signál snímače klikové hřídele (černá), CH2: signál snímače vačkové hřídele (modrá) - volnoběh– detailnější zobrazení závady (časová základna 6,4 ms/dílek)

Oscilogram č. 14: Vstupní signály snímače otáček na ECU – CH1: pin 101, CH2: pin 109

6. Oprava Kabelového svazku motoru – separace vedení snímače KH od vstřikovacích ventilů

Obr. 12: Pohled na část odstrojeného kabelového svazku motoru

Obr. 13: Pohled na odstrojený vůz pro opravu kabelového svazku

Obr. 14: Detail separace kabelového svazku (signální vedení snímače klikové hřídele odseparované od silového vedení vstřikovačů)

Po opravě kabelového svazku motoru

7. Opětovná kontrola signálu snímače klikové hřídele

Oscilogram č.13: Vstupní signály snímače otáček na ECU – CH1: pin 101, CH2 pin 109

Závěr

U první závady, „Signál zatížení od svorky DF alternátoru (nesmyslný signál)“, by nám k úspěšnému odhalení příčiny mohla stačit pouze sériová čtečka (výpis DTC a příslušných zobrazovaných hodnot) a proměření odporu kabeláže multimetrem. Jedná se totiž o statickou závadu (přerušení vodiče) přítomnou i v okamžiku, kdy není systém v činnosti.

V případě ukládané závady snímače polohy vačkové hřídele, eventuálně polohy klikové hřídele, snímače rychlosti jízdy, snímače otáček kol – ABS atd., je již nezbytné pro správnou diagnózu znát kvalitu výstupního signálu daného otáčkového snímače (dynamický průběh), což bez využití osciloskopu nelze provést.

Je třeba si uvědomit, že na signál otáčkových snímačů má vliv nejen jejich vlastní stav (např. poškozené vinutí u induktivního snímače, poškozená elektronika u Hallova snímače) a stav jejich elektrického vedení (+, –, signál), ale i stav snímání impulzních kotoučů (poškozený zub, házivost, nevhodná vzduchová mezera, axiální vůle..) tvořících nedílnou součást snímačů otáček.

V našem případě bylo mimo výše uvedeného příčinou ukládání závady „Snímač polohy vačkové hřídele (žádný signál)“ rušení signálu snímače klikové hřídele od napěťových jehel vstřikovačů (dynamický děj viditelný pouze v okamžiku systému vstřikování v chodu), přenášejících se díky bezprostřednímu kontaktu vedení vstřikovačů a snímače otáček klikové hřídele (zejména induktivní vazbou). Což dodává našemu tvrzení o nezbytnosti znalosti kvality signálu na důležitosti.

Dosavadní praxe ukazuje, že vnitřní diagnostika elektronických systémů vlastními řídícími jednotkami stále nedokáže bezchybně určit pravou příčinu závady. V našem případě byl určen jako vadný signál snímače vačkové hřídele, mající svoji logiku ve vzájemné vazbě se snímačem klikové hřídele (nastavení rozvodů).

Může však nastat případ, kdy uložený DTC je na hony vzdálen pravé příčině závady. Např. rušení signálu klikové hřídele může být díky chybě v programu ECU vyhodnoceno i jako závada signálu snímače hmotnosti nasávaného vzduchu. Nezřídka nastává i situace, kdy systém vykazuje výrazné problémy, např. motor nelze vůbec nastartovat nebo má zjevné výpadky ve spalování a paměť závad mlčí nebo její vyčtení nelze provést vůbec.

Pak nám nezbývá nic jiného než využít metod paralelní diagnostiky, jejichž významným představitelem je právě digitální osciloskop. Ten by neměl chybět u nikoho, kdo to s diagnostikou moderních vozidel myslí opravdu vážně a má zájem příčiny závad odhalovat a nejen metodou pokus – omyl zkoušet, co tentokrát zabere.

Závěrem bychom chtěli všem, kteří se zabývají diagnostikou, popřát hodně zdaru a neutuchající elán v jejich zajímavé, ale s ohledem na komplikovanost dnešních vozidel ne vždy snadné práci.

Autor: Bc. Dalibor Plischke, DiS. – MOTOR expert, s. r. o.

Zajímejte se, vzdělávejte a buďte v kontaktu.

Den autodiagnostiky