Hidegen nem indul és nincs hibakód

A „hiba-sztorik” igazi értékét gyakran nem a megtalált tényleges hiba, önmaga adja, hanem a kínkeserves, tanulságokkal teli odavezető út. Erre ad jó példát az alábbi hibakeresés is. A logikai állomások, a zsákutcák tucatjai mind-mind önmagukban is tanulságosak, melyek más hibák esetben már megoldást is hozhatnak. Mindegyikből lehet tanulni szerkezetismeretet, működést, méréstechnikát, logikai okfejtést. És ezek a típuson túl is mutatnak, általános érvényűek. Járjuk végig az utat, és figyeljük a „tájat”!

1. ábra

Egy Alfa 166 2.4JTD első generációs közös nyomásterű Bosch EDC - 15C dízelbefecskendező rendszerrel felszerelt autót toltunk be a műhelybe. A tulajdonos elmondása szerint a motor indítási nehézségekkel küzd, de jellemzően a hidegindítási probléma a fő gond. Megtudtuk, hogy előzőleg már cseréltek az autóban garanciálisan vezérlőegységet, légtömegmérőt, befecskendező szelepeket, akkumulátort, de a probléma így is pár ezer km után ismét fellépett. Akkor a hiba pontos okát nem sikerült megállapítani, így a tulajdonos nem kívánta még egyszer ezt a tortúrát végig játszani, főleg, hogy most már saját zsebre megy a játék.

Először átnéztem az autót - nem indult - és végeztem egy paraméterolvasást. A hibatároló olyannyira tiszta volt, mint egy ma született bárány. De persze ha lett is volna eltárolt hiba, az nem mindig a probléma forrását jelöli meg, és a paraméterek között bizony ilyenkor olvasni, sakkozni tudni kell.

Első ránézésre úgy tűnt, hogy minden rendben van, az eXaminer szerint volt:

- indítási fordulatszám érzékelés,

- a kondenzátorok feltöltve 63 V értékre,

- a railben gyorsan felépült az alapjárati 250 baros tüzelőanyagnyomás (1.9JTD 300bar),

- a befecskendező szelepeken is megjelent a pilot- és a főbefecskendezési impulzushossz kivezérlési időtartama.

Ezek után átnéztem még az összes érzékelő, valamint a nyomásállító és az EGR kitöltési tényezőjét, de ezek értékei sem mutattak a megszokottól eltérő értékeket. Ennél a rendszernél a légtömegmérő hiánya nem okoz indítási nehézséget, így tudtam, hogy azt egyelőre nem kell kiváltani. Elkezdtem azon gondolkodni, hogy mi okozhat olyan problémát, amely nem kerül a hibatárolóban eltárolásra. (1. ábra)

Ilyen lehet például a tüzelőanyaghiány vagy a tüzelőanyagtartályban lévő tápszivattyú (N40) és annak áramköri hibája az inerciakapcsolóval (I50). Az utóbbi esetben a tápszivattyú testelése szűnik meg, így nincs előrevezető kisnyomású kör a CR szivattyúhoz, és a közös nyomócsőben nem alakulhat ki az alapjárati tüzelőanyagnyomás. Mivel ez rendben volt, valahol máshol kell keresgélni. A motor indítás alatt úgy viselkedett, mintha nem kerülne befecskendezésre a tüzelőanyag a hengerekbe, de az eXaminer szerint van kivezérlés. Talán eldugultak a befecskendező szelepek? De akkor melegen miért indul? Ilyen és hasonló megválaszolatlan kérdések villantak át az agyamon. El kellett döntetem, valóban hiányzik-e a tüzelőanyag a hengerekből.

Nincs befecskendezés!

Kiszereltem az egyik befecskendező szelepet a helyéről, és a motortető felé forgatva visszakötöttem rá a nagynyomású csövet, így vizuálisan láthatom, hogy valóban van-e befecskendezés. Indítottam, a befecskendező szelepek azonban zárva maradtak!

Valamiért hidegen nincs tüzelőanyag befecskendezés, ezért a kiszerelt példányt egy kézi pumpás befecskendező szelep vizsgálóba helyeztem, a csatlakozókra pedig 12 V-os rövid impulzussorozatot kapcsoltam. A kézi pumpa nyomását növelve látható volt, hogy 175 bar az a minimális tüzelőanyagnyomás, ahol a befecskendező szelepek már nyitnak, az impulzusoknak megfelelően. Tehát a befecskendező szelepek egészen biztosan nem „ragadnak”, így azt visszaszereltem a helyére, ekkor már a vezérlőegység nyitóimpulzusainak mérésére koncentráltam. Jóllehet az eXaminer szerint a nyitás időtartama rendben van, de nem mindegy milyen feszültség és áram amplitúdóval. Tudtam, egyszer már cseréltek az autóban motorvezérlőt, remélem most nem ugyan ez a hiba áll fent.

Mivel a befecskendező szelepek csatlakozói igen kényesek, ezért a vezérlőegység csatlakozásainak kimeneteit választottam mérési pontnak, de azt is a vezérlőegységen belül. (2. ábra)

2. ábra

Ehhez a kesztyűtartó alatti burkolatot el kellett távolítani és a vezérlőegységet (M10) szét kellett csavaroznom. A méréshez az eXaminer digitális időtárolós szkópkártyáját használtam, ami meglehetősen jó minőségű volt! (3. ábra)

3. ábra

Hogy a mérést biztonsággal el tudjam végezni, ahhoz először a vezérlőegységen belüli végfok kimenet kapcsolását kellett értelmeznem. Gondosan lerajzoltam és értelmeztem az áramköri elemeket, a jó munkához idő kell!

A CR vezérlés belső világa

A 4. ábrán két befecskendező szelep (L4 és L5) kapcsolási környezete látható. Mivel a motor öthengerű, így három és kettő befecskendező szelep tekercsre jut egy - egy kondenzátor, az 1.9JTD változatnál pedig egy darab 15 µF/100 V kondenzátor (C1) segíti a négy befecskendező szelep gyors nyitását. A végfokok térvezérlésű tranzisztorokból, FET-ekből (Q1..Q7) épül fel, melyek tartósan akár 100 A áramerősséget is képesek kapcsolóüzemben elviselni. Bődületesen ötletes és masszív technika, még akkor is, ha ma már egyre inkább a piezo-rendszerek dominálnak.

4. ábra

A kapcsolás első ránézésre lehet ijesztő, de a működés annál egyszerűbb! A FET-ekről itt annyit kell tudni, hogy a kapujuk egy 22 kΩ-os „lehúzó” ellenálláson (R1..R4) keresztül van testelve, erre azért van szükség, mert a bipoláris tranzisztorokkal ellentétben itt szinte nulla árammal lehet vezérelni. Ha a lehúzó ellenállást a kapuról elhagynánk, akkor a levegőben lévő kis töltésektől is már képes a térvezérlésű tranzisztorunk vezetési állapotba kerülni, ezt pedig el kell kerülni, mert ebben az esetben, nem az IC1-től érkező magas és alacsony jelszintekre fog működni, hanem a tér villamos térerősségére.

Szóval, gyújtást adva, a kondenzátorban a leállítást követő elraktározódott - az ideálistól sokkal kevesebb - maradék feszültség várja az indítás pillanatát. Ha ez a feszültség kevesebb egy előre meghatározott értéknél, akkor az indítózás alatt egy kondenzátor feltöltési procedúra játszódik le: a befecskendezési sorrend valamely két impulzusa közötti viszonylag hosszú indítózási időintervallumot használja ki a vezérlőegység. Ekkor a Bosch 30421 jelzésű integrált áramkör a 28-as és a 26-os lábára magas jelszintet ad ki, így a Q1 és Q6 vezetési állapotba kerül, a D3 diódapár jobb oldali tagján keresztül az L4 befecskendező tekercsen áram folyhat a test felé, a többi végfok ilyenkor szakadásként viselkedik. Itt a vezérlőegység gondosan ügyel arra, hogy az áram kis értékű legyen, mert ez esetben az L4-es befecskendező szelep kinyithat és a tüzelőanyag a hengerbe távozna, kivéve azt az esetet, mikor a közös nyomócsőben a felépülő nyomás még éppen 175 bar alatt van. Ezt a 28-as láb gyors ki- és bekapcsolgatásával - kitöltési tényezővel - éri el. Nekünk viszont az lenne jó, ha minél nagyobb áram folyna, mert így nagyobb önindukciós feszültséget nyerhetünk ugyanannyi idő alatt. De az önindukciós törvény értelmében Ui = - L *dI/dt, vagyis ha elég gyorsan meg tudjuk változtatni a tekercsben folyó áramot, - például megszakítással - akkor így is nagyobb és ellentétes irányú feszültség keletkezik, mint a tekercs kapcsain lévő tápfeszültség.

A 26-os láb nulla szintre történő kapcsolása Q6 lezárását eredményezi, ami megakadályozza, hogy az L4 tekercsben a továbbiakban áram folyjon a test felé. Ekkor a tekercs menetei körül kialakult mágneses tér összeomlik, létrejön az ellentétes polaritású önindukciós feszültség, mely a tápfeszültség, Q1, jobboldali D3 dióda, L4 tekercs kapcsai, D4 dióda a C1 kondenzátor és a test körön keresztül záródva feltölti a kondenzátort. Q1 bekapcsolva tartása az L4 -es tekercs felső pontját magasabb feszültség szintre tolja, hiszen ehhez képest növekszik meg az önindukciós feszültség, ezzel is elősegítve a kondenzátor mielőbbi magasabb feszültség értékre történő feltöltődését. Ha ez megtörtént, D4 megakadályozza az L4 felé folyó visszáramot, ekkor a 28-as láb nulla szint, Q1 lezár. Most, hogy a főtengely elfordult egy negyed fordulattal, ez a folyamat ismétlődhet egészen addig, amíg megkezdődik az első dózis kiadagolása. Mérések szerint a kondenzátorok üzemi feszültség szintre történő feltöltődése, már az önindítózás első fázisában kialakul normál körülmények között!

Tételezzük fel, hogy most az L5 befecskendező szelep nyitása a cél a dózis adagolása érdekében, ekkor a vezérlőegység a kondenzátorban tárolt üzemi 70 V feszültséget használja fel a tekercs gyors nyitásához. 18-as és 20-as láb magas jelszinten, ennek hatására Q2 és Q7 kinyit, C1, Q2, D2, L5, Q7 és test pontokon keresztül a kondenzátor feszültsége rásül az L5 befecskendező szelepre, mely ennek hatására gyorsabban fog nyitni. A kondenzátor feszültsége gyorsan – exponenciálisan - csökken, így még időben át kell kapcsolni tartóáramkörre, nehogy idő előtt bezárjon és megszűnjön a tüzelőanyag szállítása. A 18-as láb alacsony szintre, 28-as láb magas szintre kerül - 20-as láb továbbra is magas szinten van - Q1 kinyit, Q2 lezár, most a tápfeszültség nyitja tovább az L5-ös tekercset Q7- en keresztül, majd megkezdődik a tekercs teljes nyitását követően annak áramszabályozása a 28-as láb kitöltési tényezőjének módosításával, Q1 részben zár. A szelep tartásához lényegesen kevesebb áram is elegendő, így 20-as láb alacsony jelszintre vált, 28-as láb 100%-os kitöltési tényező, Q7 bezár, Q1 teljesen nyit, az áram, most a Q1, jobb oldali D3, L5, D1, C1 és test pontokon keresztül tölti a kondenzátort. A tartóáram ekkor lecsökken az alsó küszöbértékig és újból a Q7-en és Q1-en keresztül kerül az L5 tekercs áramszabályozása egészen a tartóáram felső határértékének eléréséig. Ez a folyamat még egy jó párszor megismétlődik, majd elérkezik a befecskendező szelep zárása, mely szintén a kondenzátor töltésével fejeződik be.

Ekkor 20-as láb alacsony, 28-as magas jelszintű, Q7 bezár, Q1 nyitva marad, a szelep szállítása megszűnik és most - hasonlóan az indítási állapotban lejátszódó kondenzátortöltéshez - egy sokkal nagyobb áramváltozás, önindukciós feszültség keletkezése töltheti a C1 kondenzátort a D1 diódán keresztül, előkészítve a következő befecskendezőszelep gyors nyitását.

Az elmélet ismeretében már bátran mérhetünk!

Ezen ismeretek birtokában bátran kiválasztottam a számomra legmegfelelőbb mérési pontokat, itt a mérővezetékeket nem párhuzamosan a befecskendező szelep (N70) kapcsaira csatlakoztattam, hanem a test és a befecskendező szelepek (L4 és L5) fölső közösített pontjaira. Izgatottan vártam a jelalak felbukkanását, de ekkorra az akkumulátor már oly mértékben le volt merülve, hogy a megcélzott feladatot csak a következő nap tudtam elkezdeni.

Másnap a frissen feltöltött akkumulátorral felszerelkezve a mérővezetékeket csatlakoztatva következett az indítás pillanata. A motor beindult, és látszólag szépen, nem rendellenesen járt! Készítettem is mindjárt egy gyors jelelak vizsgálatot, a bal oldali függvény az indítózás pillanatában, a jobb oldali mérés már az alapjáraton üzemelő befecskendező szelepek függvénygörbéjét mutatta. (5. ábra)

5. a ábra

5. b ábra

A kiugró magas tüskék a tekercsre sütött kondenzátor okozta feszültségcsúcsokat mutatja, mely a választott kis időalap miatt a pilot mennyiséget is „megeszi”, majd ettől jobbra az árammal szabályozott rövid szakasz, mely a szelepek nyitvatartási idejével egyenlő, és végül a tekercs tartóáramának megszakítása következtében keletkező felugró önindukciós feszültség, melyet a kondenzátorba töltünk vissza.

A 6-os ábrán látható, hogy az indítózás pillanatában nem épült fel a kondenzátorok üzemi feszültségcsúcsa, és járó motornál is csak néhány volttal haladta meg a 60 V-ot. Ezt keveselltem, és összehasonlítás képen megmértem egy négy hengerű 1.9JTD motor végfokozatát alapjárati fordulatszámon.

6. a ábra

6. b ábra

Az eredmény meglepő, mert a négy hengert kiszolgáló egy kondenzátornak sikerül 85 V-nál nagyobb feszültségre feltöltődnie. Érdekes, hogy a jelalak teljesen hasonló volt. Egyre jobban gyanakodtam arra, hogy itt tényleg a vezérlőegységgel van a probléma, talán kapacitást vesztett a kondenzátor, vagy éppen a végfokozat körül kellene tovább keresgélni. Mivel jobb ötletem nem volt, ezért kiraktam az autót egy éjszakára, hogy lássam hidegen milyen a vizsgált jelalak, mert addig jutottam el, hogy csak akkor nem nyitnak a befecskendező szelepek.

Másnap reggel éppen egy hűvös reggelre ébredtem, talán ma lesz eredmény. Az akkumulátor ekkor már több mint 12 órája nyugalmi szinten volt. A reggeli indítás újdonságokat hozott, a motor ugyanis meglehetősen nehezen, hosszabb köszörülés után indult be!

Épen sikerült elcsípni a szkóppal egy olyan pillanatot, mikor a motor nehezen indult, ekkor a befecskendező szelepeken ki-kimaradtak az impulzusok, melyek meglehetősen elmaradtak az előírt jelektől! (7. ábra)

7. ábra

,em értem! Az akkumulátor a 2.2 kW teljesítményű indítót még bőven forgatja. Ilyen iszonyatos terhelés alatt a vezérlőegység számára ez a feszültség már kevés lenne ahhoz, hogy egy elégséges indítási impulzus jelalakot létrehozzon? Ekkor már elkezdtem méregetni az akkumulátor kapocsfeszültségét is, mert látható összefüggés volt az akkumulátor töltöttségi foka és a tekercseken mérhető jelalak között.

A mért kapocsfeszültség értéke indítózás alatt 10 – 10.5 V-nál jobban nem esett le. Ez gyanús, hiszen a vezérlőegység elektronikája csak 9 V alatti értéken válik működésképtelenné. Ekkor bekapcsoltam mindenféle elektromos fogyasztót, mint a világítások, hátsó ablakfűtés, elakadásjelző, fűtőmotor stb. és az akkumulátor feszültségét és a jelalakot figyelve indítottam. A motor most nem indult be, még hosszabb köszörülés után sem, bár az akkumulátor jól bírta, annak feszültsége 9.7 – 10 V között stagnált. A vizsgált jelalak ekkor már teljesen alkalmatlan impulzusképet tükrözött, a tekercseken a maximális feszültségcsúcs 3 V! Csináltam még ezek után egy gyors paraméterolvasást, de hiba szokás szerint nem volt fellelhető. (8. ábra)

8. ábra

Erősen gondolkodtam rajta, hogy talán szélvédőt kellene rendelni, mert, hogy nem sok választott el tőle hogy bezúzzam!

Visszakerültem a kiindulási állapothoz…

… és csak annyit értettem, hogy akkoriban miért cseréltek akkumulátort, vezérlőegységet, amely megoldotta a problémát. Mivel az idő most hűvösebbre fordult a motor indítási súrlódási veszteségei megnövekedtek, ami nagyobb indító áramfelvételt és nagyobb kapocsfeszültség csökkenést eredményezett. Lehet talán mégis ECU-t kellene venni? De akkor feltöltött akkunál miért dolgozik szinte teljesen hibátlanul? Nem indokolja semmi azt, hogy egy autó pár ezer km alatt elfogyaszt egy ilyen drága dobozt!

Még mindig olyan dolgon gondolkoztam, hogy milyen lehet az a hiba, melyet a vezérlőegység nem lát, illetve amiről nem tudja, hogy jó-e vagy sem, mert nincs rá megtanítva. Hát vizsgálódjunk, sakkozzunk tovább!

Mit nem „lát” a vezérlő diagnosztikája?

Az indítás alapfeltétele, hogy a vezérlőegység pontosan be tudja azonosítani a motor minden pillanatnyi szöghelyzetét. Ehhez két érzékelőt használ: az egyik a motor forgattyús házában elhelyezett egyesített fordulatszám és szöghelyzetadó, a másik pedig a vezérműtengely holtponti jeladója (1b). (9. ábra)

9. ábra

A két érzékelő együttes jeléből rakja össze a vezérlőegység a főtengely pillanatnyi helyzetét és fordulatszámát, ez alapján adja ki a parancsot, hogy melyik pillanatban kell a befecskendező szelepeket kivezérelni. A holtponti Hall-jeladót viszonylag egyszerű ellenőrizni, gyújtás ráadást követően a vezérműtengelyt forgatva a Hall jeladó (K47) kimenetének testre kell kapcsolódnia, ha a vezérműkerék kivágott harangja szabaddá teszi a mágneses erővonalak útját. Ennek a jeladónak nincs alsó határfrekvenciája, vagyis bármilyen kis fordulaton képes jelet szolgáltatni!

És ekkor jött az isteni szikra!

Ha kézzel áttekerem a motor úgy, hogy közben a gyújtást ráadtuk akkor a motorvezérlő nem nyitja ki a befecskendező szelepeket, még akkor sem, ha lenne elegendő nyomás a közös nyomócsőben!

Azt tudjuk, hogy miért. Vajon itt lehet a megoldás kulcsa?

A forgattyú házban elhelyezett egyesített fordulatszám és szöghelyzetjeladó (2b) egy indukciós jeladó, melynek van egy alsó határfrekvenciája ami alatt nem működik, vagyis kell neki egy legkisebb póluskerék (1b) fordulatszám, mely esetén a fluxusváltozás elég gyorsan le tud zajlani ahhoz, hogy megfelelő amplitúdójú, a vezérlőegység számára értelmezhető feszültség indukálódjon. (10-11. ábra)

10. ábra

11. ábra

A kapcsolási rajz alapján megkerestem az egyesített fordulatszám jeladó (K46) vezetékeit és először multiméterrel az induktív érzékelő ellenállását és testzárlati szigetelését vizsgáltam, meg kellett állapítanom, hogy rendben volt. Majd a szkóppal megértem a kimenet jelalakját: indítózás alatt kvázi szinuszos 2 V amplitúdó, ez bizony kevés! Ezek után bontás következett, a motor forgattyús házából nagy nehezen sikerült kivadásznom.

Óh, az, az átkozott mágneses sönt!

A kiszerelést követően láttam, hogy az érzékelő póluskerék oldali részével, egy apró fémszilánk vonzásba került. Tisztítás és visszaszerelést követően a motor még a „lepukkant” akkumulátorral is azonnal indult! A befecskendező szelepeken mérhető csúcsérték maradt 63 V, ennél az első generációs rendszernél ez normális volt.

A hiba tehát a motor lecsökkent indítási fordulatszámával volt kapcsolatban. Logikus, hogy kisebb kapocsfeszültséggel kisebb teljesítményt lehet az akkumulátorból kinyerni, és így kisebb indítási fordulatszám érhető el. A mágnesesen söntölt indukciós érzékelő előtt elforduló póluskerék kevésbé tudta a mágneses teret olyannyira torzítani, hogy elegendő feszültség indukálódjon annak tekercsében a vezérlőegység számára.

Miért nem volt hibakód?

Érdekes, hogy a paraméterolvasás során számomra úgy tűnt, hogy a vezérlőegység látott megfelelő fordulatszámértéket, ami igaz is, hiszen a Hall-jeladó bármilyen kis fordulatszám impulzusait kettővel szorozva megkapja a helyes értéket. Ebben az esetben ami hiányzik, az a főtengely pontos szöghelyzete, melynek ismerete nélkül elmarad a befecskendező szelepek kivezérlése.

Az is érthető, hogy a hibatárolóba nem írhatja be a vezérlőegység azonnal az indukciós fordulatszámérzékelő jelének hiányát, hiszen ha a gyújtásráadást követően a főtengelyt lassan az alsó határfrekvencia alatti szögsebességgel körbeforgatnánk, azonnal lámpát gyújtana.

Ez az eset is mutatja, hogy a vezérlőegységek diagnosztikai rendszerének még bőven van mit fejlődniük, de a konstruktőrök sem gondolhatnak előre minden belső - rendszeren belüli - ördögi hiba.

Czuni Ákos