22 let na trhu autoopravárenství

Díl první: Problémové starty VW LT 35 2.8 TDI

Vážení čtenáři, i v letošním roce se v AutoEXPERTU budete setkávat s touto oblíbenou rubrikou. Do prvního vydání zařazujeme článek špičkového diagnostika a školitele společnosti Bosch Štěpána Jičínského.


 

 

Před časem jsem asistoval při diagnostice vozu VW LT 35 2.8TDI, s kódem motoru AHU, vykazujícím problematické starty.

Vůz bylo nutné déle startovat, případně bylo třeba startování zkoušet opakovaně. V paměti se objevovala závada „4C08 snímač polohy vačkového hřídele – signál mimo rozsah“. Vždy když je hlášena závada některého ze snímačů otáček, ať už kliky, nebo vačky, zbystřím, neboť z praxe je známo, že občas dochází k chybnému přiřazení. Tedy řídicí jednotka hlásí problém se snímačem vačky, ve skutečnosti ale chyba může být v signálu snímače kliky nebo naopak. V takovém případě je nejspolehlivějším řešením změřit skutečný stav obou signálů osciloskopem.

 

Připojení osciloskopu

Na obrázku ➊ je zobrazeno propojení snímačů otáček s ŘJ motoru a připojení měřicích kabelů osciloskopu. Záznam signálů při startování je uveden na obrázku ➋. Použil jsem osciloskop obsažený v testeru KTS 550.

 

 

Při měření jsem živý měřicí vodič kanálu CH2 osciloskopu připojil na pin 2 konektoru snímače vačky (viz obrázek ➊) a kostřicí vodič kanálu CH2 na kostru motoru. Podobně pak živý měřicí vodič kanálu CH1 jsem propojil s jedním z vodičů snímače otáček kliky a kostřicí vodič opět na kostru motoru. Měřené signály obou snímačů jsou tedy vztaženy ke kostře vozu, tedy k potenciálu 0 V. Signál na kanálu 2 (snímač polohy vačky – červená křivka) vykazuje obvyklý průběh, sepnutí na kostru (skok signálu na úroveň 0 V) je čisté, mimo tohoto pulzu je napětí signálu rovno palubnímu napětí. Zvlnění odpovídá provoznímu stavu motoru – startování, tzn. kolísání palubního napětí v rytmu odběru proudu startéru při protáčení motoru. Černá křivka, představující signál induktivního snímače otáček kliky, již poukazuje na jisté problémy. V několika místech na obrázku ➋ vidíte velmi malý rozkmit signálu – mezivrcholová hodnota (špička-špička) dosahuje pouhých 0,7–0,8 V.

 

Zpracování signálu otáček v řídicí jednotce

Odbočme na okamžik od samotného hledání závady a řekněme si něco o zpracování otáčkového signálu v řídicí jednotce. Ze záznamu signálu vyplývá, že střed signálu je posazen na napěťové úrovni přibližně 2,4 V. Tento stejnosměrný napěťový posun je tvořen příslušným obvodem v řídicí jednotce. Pokud byste připojili živý měřicí vodič osciloskopu na druhý vodič induktivního snímače, byl by průběh signálu rovněž rozprostřen okolo napěťové úrovně 2,4 V, jen fáze signálu by byla opačná. To znamená, že v okamžiku, kdy na jednom vodiči jde napětí v impulzu směrem nahoru, na druhém vodiči jde naopak dolů, případně pokud napětí v impulzu na jednom vodiči dosahuje maxima, na druhém vodiči je napětí naopak v minimu. Ještě jinak si to můžete představit tak, že průběh signálu na druhém vodiči snímače vypadá, jako kdybyste zobrazený průběh signálu v obrázku 2 otočili o 180° okolo vodorovné osy, která jej protíná uprostřed (tzn. v úrovni 2,4 V). Celá situace bude jasnější z obrázku ➌.

 

 

Vstupní obvod v řídicí jednotce pak zpracovává rozdíl napětí mezi konci vinutí cívky induktivního snímače otáček. Na výstupu obvodu však nevznikne impulz, pokud vstupní napětí, když roste, nepřekročí horní rozhodovací úroveň asi 2,9 V, a stejně tak nenastane změna výstupního signálu, když při klesání vstupního napětí v impulzu nedojde k podkročení spodní rozhodovací úrovně asi 1,9 V. Tedy má-li vstupní napětí, generované snímačem otáček, trvale menší rozkmit špička-špička než přibližně 1 V, řídicí jednotka na takový signál nebude reagovat. V diagnostice při čtení skutečných hodnot otáček z řídicí jednotky byste pak při startování viděli 0 otáček za minutu. Pokud amplituda impulzů jen chvilkově klesá pod rozhodovací úroveň, je situace z pohledu hledání závady ještě horší. Převod vstupních sinusových impulzů ze snímače otáček na obdélníkové impulzy za vstupním obvodem je naznačen na obrázku ➍.

Na něm vidíte stav, kdy některé pulzy, generované snímačem, krátkodobě nedosahují rozhodovacích úrovní a ve výstupním signálu tak vzniká nežádoucí mezera. Řídicí jednotka může tuto mezeru v signálu mylně interpretovat jako referenční značku. Pokud pak při opakovaných výskytech této falešné referenční značky nepřichází současně impulz ze snímače polohy vačky, bude neprávem obviněn z chybné funkce snímač vačky, ačkoliv jeho signálu nic nechybí ani nepřebývá. Takový stav dokumentuje obrázek ➎, v němž je zaznamenána závada, vyčtená z řídicí jednotky po startování motoru. Závada jednotky dávkování paliva se snímačem otáček nesouvisí, byla způsobena záměrně odpojením konektoru dávkovacího ventilu, neboť jsem potřeboval déle startovat, aniž by motor naskočil, abych zachytil delší průběh signálu otáčkového snímače.

 

 

Jak to vidí řídicí jednotka

Z pohledu řídicí jednotky tedy můžeme celou situaci shrnout takto: Ze snímače otáček motoru (snímače kliky) přichází signál, po jehož zpracování ve vstupních obvodech řídicí jednotky vzniká obdélníkový signál, v němž se objevují falešné referenční značky (mezery v řetězci jinak pravidelných impulzů). Řídicí jednotka zřejmě neumí vyhodnotit nevěrohodnost tohoto signálu, ale vidí, že při dvou po sobě jdoucích falešných referenčních značkách se neobjevuje pulz od snímače polohy vačky (ani nemůže, neboť ten přichází jen s každou druhou skutečnou referenční značkou), a tak prohlásí za vadný snímač vačky. Pokud se pak při delším startování náhodou dostanou impulzy snímače otáček kliky přes rozhodovací úroveň a zůstanou tak po dobu několika otáček motoru, proběhne synchronizace řídicí jednotky s polohou natočení motoru a motor chytne. Jakmile už motor běží ve volnoběžných otáčkách, rozkmit signálu snímače kliky se přirozeně zvýší oproti fázi startování, impulzy spolehlivě překračují rozhodovací úroveň a řídicí jednotka už pak signály shledává jako bezchybné.

 

Rozuzlení

V případech podobných popisovanému se obvykle (nesprávně) postupuje následovně: vymění se snímač vačky dle chybového hlášení řídicí jednotky. Pokud to nepomůže (a v našem případě ani nemůže), vymění se též snímač kliky. Pokud ani to nepřinese nápravu, někdy se pokusně mění i řídicí jednotka a v úvahu přichází ještě kabeláž mezi snímači a řídicí jednotkou. V našem konkrétním případě a při znalosti průběhu signálů snímačů kliky i vačky by případná výměna snímače vačky nemohla v žádném případě přinést zlepšení, neboť signál vačky už nemůže být lepší než ten, který byl naměřen. Výměna snímače kliky by eventuálně mohla pomoci, pokud by nový snímač při startování naindukoval o něco vyšší napětí než původní. Podobně i nová řídicí jednotka by mohla případně mít nepatrně odlišné rozhodovací úrovně, ale to je spíše spekulace než ověřený fakt. Snímač kliky už předtím někdo pokusně vyměnil, avšak bez pozitivního výsledku. Příčina celého problému je jasná: nízké napětí na snímači otáček kliky při startování. Stačí tedy „pouze“ dosáhnout vyššího napětí klikového snímače. V praxi někdy pomůže „speciální“ řešení, a tím je zmenšení vzduchové mezery mezi snímačem a impulzním kolem. Znamená to však buď odebrat část materiálu v místě uchycení snímače na klikové skříni, nebo ubrat část materiálu na upevňovacím oku na samotném snímači. Zmenšením vzduchové mezery se sice zvýší indukované napětí, ale hrozí pak nebezpečí mechanického poškození snímače od zubů impulzního kola, pokud má jistou házivost. Poslední možností je už jen vřadit do cesty signálu zesilovač, kterým se nízké napětí zvýší na potřebnou úroveň. Po tomto řešení jsem nakonec sáhl, neboť jsem s ním již měl z minulosti dobrou zkušenost.

 

Po zesílení

Podívejte se nyní, jak se signál změnil po připojení zesilovače mezi snímač otáček kliky a řídicí jednotku. Propojení snímače otáček, zesilovače a řídicí jednotky je naznačeno na obrázku ➏. Průběh signálu po zesílení zesilovačem jsem zdokumentoval na obrázku ➐.

Napěťový rozsah osciloskopu zůstal nastaven stejně, takže můžete pouhým pohledem snadno porovnat změnu rozkmitu signálu na vstupu do řídicí jednotky oproti stavu z obrázku ➋.

Na obrázku ➑ je tentýž signál v lepším časovém rozlišení – kratší časová základna osciloskopu. Pulzy dosahují maximální velikosti o něco menší než palubní napětí, kolísání je způsobeno proudovým odběrem spouštěče při startování, jak již o tom byla zmínka v úvodu článku. Spodní hranici napěťového rozsahu signálu představuje napětí okolo 1,5 V. To, že se nedosahuje rovných 0 V, je dáno použitým integrovaným obvodem pro zesílení signálu. Není to na závadu, spodní rozhodovací mez 1,9 V, nastavená ve vstupním obvodu řídicí jednotky, je i tak spolehlivě protínána.

Motor po této úpravě chytal okamžitě. Grafický průběh otáček od startování po naskočení motoru a ustálení volnoběžných otáček je na obrázku ➒.

 

 

Jen pro úplnost doplním, že tento graf byl získán komunikací s řídicí jednotkou motoru testerem KTS 550. Jsou to tedy otáčky motoru, které vidí řídicí jednotka po zpracování zesíleného signálu snímače. Na závěr jsem ještě zaznamenal grafický průběh hodnot otáček motoru při startování se záměrně odpojeným dávkovacím ventilem, aby motor nenaskočil. Vidíte jej na obrázku 10.

 

 

Za pozornost stojí porovnání tohoto průběhu otáček motoru s otáčkami při startování bez zesilovače. To vidíte na obrázku 11.

Průběhy jsou si velmi podobné. Řídicí jednotka tedy vidí stejné otáčky jak při neúspěšném pokusu o start, když byl signál snímače nízký, tak i při zapojeném zesilovači, kdy signál spolehlivě rozpozná a zpracuje. Pokud signál snímače otáček během startování poklesne pod rozhodovací úroveň jen na kratičkou dobu (maximálně několik málo desítek milisekund), znamená to, že z celkového počtu 58 pulzů za otáčku motoru (60 mínus 2 vynechané zuby na impulzním kole) jich řídicí jednotka nezaregistruje jen pár, a na výsledné hodnotě otáček se to téměř neprojeví. Celý problém se startováním však vzniká tím, že v okamžiku výpadku byť jediného pulzu se už řídicí jednotka není schopna sesynchronizovat s otáčením motoru. Pak neovládá vstřikovače, neboť neví, v jaké poloze je právě motor natočen a kdy má kterému válci vstříknout palivo.

 

Uzavření případu

Z předchozího popisu plyne jeden velmi důležitý poznatek pro diagnostiku motoru: pokud jde o údaj otáček motoru, nelze spoléhat jen na informace čtené z řídicí jednotky. Kontrolu skutečného stavu otáčkových snímačů byste měli vždy provádět měřením jejich signálů pomocí osciloskopu. Jen tak můžete odhalit případné závady, jako nízké indukované napětí nebo zkreslení impulzů, vyvolané mechanickým poškozením impulzního kola. ■

Pokračování příště.