BMW Valvetronic: diagnostyka usterek 135808 i 135B11 za pomocą PicoScope
Autor oryginału: Steve Smith, Pico Technology. Tłumaczenie na język polski. Artykuł źródłowy w bibliotece Pico Automotive.
Częstą pułapką we współczesnej diagnostyce jest dosłowne traktowanie opisu kodu usterki. Gdy sterownik zgłasza przerwę w obwodzie, rzeczywistą przyczyną może być nierównowaga rezystancji, tryb zabezpieczający sterownika albo „pływająca” masa, która nie ma połączenia galwanicznego z masą pojazdu.
W opisanym przypadku pomiary za pomocą testera silników i miliomomierza MT03A wykazały różnicę rezystancji uzwojeń silnika nastawczego wynoszącą 190 mΩ, zamiast rzeczywistej przerwy w obwodzie. Jednocześnie bieżące dane diagnostyczne potwierdziły, że DME (Digital Motor Electronics — elektroniczny sterownik silnika) całkowicie zablokował działanie układu w trybie zabezpieczającym: wskazanie położenia silnika pozostawało na poziomie 254°. Dalsze badania z użyciem oscyloskopu samochodowego PicoScope ujawniły „pływające” napięcie 5 V w obwodzie masy czujników położenia, prowadzącym do pinu 16 DME. Wskazywało to albo na fizyczną przerwę w przewodzie, albo na tryb ochronny uruchomiony przez sterownik.
Diagnostyka takich wielowarstwowych problemów wymaga porównania pomiarów uzwojeń z weryfikacją sygnałów oscyloskopem podczas pracy oraz z przebiegami referencyjnymi. Pozwala to wskazać wadliwy element lub obwód.
Zobacz oscyloskopy samochodowe PicoScope
Na czym polegał problem?
- Pojazd: BMW 330e (F30) z układem zmiennego sterowania zaworami Valvetronic 3.
- Objaw: zapalona kontrolka ostrzegawcza silnika.
- Zapisane kody usterek: DTC 135808 — nieprawidłowe działanie czujnika położenia układu zmiennego sterowania zaworami; DTC 135B11 — przerwa w obwodzie fazy V silnika sterującego układem zmiennego sterowania zaworami.
Uwaga: powyższe opisy pochodzą z diagnostyki Bosch. Opis BMW odnosi się do siłownika / serwomotoru Valvetronic.
Wstępna ocena
Na tym etapie wiedzieliśmy, że DME zgłosił problemy zarówno po stronie wykonawczej układu Valvetronic (silnik), jak i po stronie sprzężenia zwrotnego (czujniki położenia). Pierwszym przypuszczeniem mogło być fizyczne uszkodzenie silnika, a konkretnie przerwane uzwojenie fazy V. Jednak przyjęcie opisu kodu usterki bez uwzględnienia kontekstu byłoby ryzykowne. Problem mógł dotyczyć silnika, instalacji elektrycznej albo samego DME. Pierwszym logicznym krokiem było więc odłożenie testera diagnostycznego i fizyczne sprawdzenie stanu silnika.
Dlaczego opisy kodów usterek, takie jak „przerwa w obwodzie”, mogą wprowadzać w błąd?
Opisy kodów usterek mogą być mylące, ponieważ sterowniki wnioskują o awarii na podstawie wewnętrznych informacji o napięciu i prądzie, a nie na podstawie bezpośredniego pomiaru fizycznego przewodu. Kod diagnostyczny oznaczający przerwę w obwodzie może być wywołany przez różnice rezystancji faz, „pływającą” masę albo wyłączenie układu przez funkcję zabezpieczającą sterownika — niekoniecznie przez rzeczywiście przerwany przewód.
Czym jest układ BMW Valvetronic?
Układ BMW Valvetronic 3 steruje obciążeniem silnika przez regulację wzniosu zaworów dolotowych, praktycznie eliminując potrzebę stosowania tradycyjnej przepustnicy do tego celu. Przepustnica pozostaje jednak w układzie na potrzeby pracy awaryjnej oraz utrzymywania niewielkiego podciśnienia w kolektorze dolotowym. Regulację wzniosu realizuje trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego (BLDC), który napędza wałek mimośrodowy.
Do monitorowania pracy układ wykorzystuje pięć czujników Halla wbudowanych w siłownik:
- Trzy czujniki śledzą położenie wirnika silnika, aby zapewnić synchronizację jego trójfazowego zasilania.
- Dwa czujniki śledzą obrót wałka z rozdzielczością 6°, pozwalając mierzyć ruch zaworów wynoszący zaledwie 0,25 mm.
Zarówno obwód mocy silnika, jak i sieć czujników zasilanych napięciem 5 V są sterowane bezpośrednio przez DME.
Najpierw należało zweryfikować kod DTC 135B11, wskazujący przerwę w obwodzie fazy V, zanim doszłoby do niepotrzebnej wymiany przewodów lub podzespołów. Wymagało to sprawdzenia silnika nastawczego.
Etap 1: badanie siłownika Valvetronic
Tester silników i miliomomierz MT03A podłączono kolejno między zaciskami trzech faz siłownika Valvetronic. Oczekiwano trzech niemal identycznych, niskich wartości rezystancji. Pomiary wykazały jednak różnicę rezystancji uzwojeń między fazami wynoszącą 190 miliomów, bez rzeczywistej przerwy w obwodzie. Potwierdziło to nieprawidłowy stan wewnętrzny silnika nastawczego — wykazano uszkodzenie uzwojeń, choć nie musiało ono być jedynym problemem.
Jak dokładnie sprawdzić trójfazowy silnik siłownika Valvetronic?
Trójfazowy silnik siłownika Valvetronic sprawdza się przez pomiar rezystancji między wszystkimi trzema parami faz za pomocą dedykowanego miliomomierza. Przy tak niskich rezystancjach rezystancja przewodów pomiarowych i styków zwykłego multimetru może być równie duża jak różnice, których szukamy. Dedykowany miliomomierz eliminuje ich wpływ na wynik. Sprawny siłownik wykazuje zrównoważone, niemal identyczne niskie rezystancje wszystkich faz, natomiast różnice wskazują na pogorszenie stanu uzwojeń.
Etap 2: diagnostyka i pomiary oscyloskopowe
Przeszliśmy do weryfikacji danych bieżących, aby sprawdzić, czy DME próbuje wysterować silnik. Obserwowaliśmy na testerze diagnostycznym wartości położenia zadanego i rzeczywistego. Oba parametry pozostawały na poziomie 254°, a sterownik nie wydawał polecenia ruchu. Wykazywało to, że DME zablokował układ w ochronnym trybie awaryjnym. Aby zbadać DTC 135808 dotyczący działania czujników położenia, wykorzystano oscyloskop samochodowy PicoScope 4823 i multimetr do sprawdzenia wiązki pięciu czujników Halla — przewodów oznaczonych U, B, Y, W, YR, YW i YU.
Zamiast oczekiwanego stabilnego zasilania 5 V, prawidłowej masy 0 V i aktywnych sygnałów prostokątnych, na czarnym przewodzie zmierzono napięcie bliskie 5 V. Według schematów przewód ten powinien być połączony z masą przez pin 16 DME. To „pływające” napięcie wskazywało na przerwę w torze masy, która mogła wynikać z uszkodzenia przewodu, luźnego styku albo wewnętrznego odłączenia obwodu przez DME.
Dlaczego na masie czujników Valvetronic występuje napięcie 5 V?
Odczyt 5 V w obwodzie masy czujnika wskazuje na przerwę w połączeniu z masą, wskutek której napięcie zasilania pojawia się na tym przewodzie jako napięcie „pływające”. Typowymi przyczynami są przerwany przewód, niedostateczny docisk styku albo celowe rozłączenie wewnętrznego toru masy przez DME w trybie ochronnym.
Czas przeznaczony na diagnostykę skończył się, zanim można było sprawdzić ciągłość między czarnym przewodem a pinem 16 i ustalić dokładną przyczynę.
Etap 3: dalsza diagnostyka
Po przerwaniu badań niesprawnego pojazdu zebrano dane referencyjne ze sprawnego BMW 320i z 2019 roku, wyposażonego w silnik B48 i układ Valvetronic 3. Pomiary obejmowały rozruch, pracę na biegu jałowym oraz cykle resetowania. Przebiegi referencyjne pokazały, że trzy czujniki położenia wirnika generują wyraźne sygnały o poziomach wysokim i niskim wynoszących odpowiednio 5 V i 0,7 V, bezpośrednio zsynchronizowane z prądem fazowym silnika. Pozostałe dwa czujniki generowały natomiast sygnał kwadraturowy o wyższej częstotliwości. Sześć impulsów odpowiadało jednemu obrotowi wirnika, co potwierdzało przełożenie redukcyjne 10:1 między wirnikiem a wałkiem mimośrodowym.
Przebiegi ze sprawnego pojazdu potwierdziły, jak powinny zachowywać się obwody zasilania 5 V i masy pod obciążeniem. Dostarczyły punktu odniesienia na wypadek powrotu niesprawnego samochodu. Ponownie wykorzystując zestaw testera silników i miliomomierza MT03A, zapisaliśmy również obraz poprawnych wyników do porównania.
Diagnoza pozostaje prawdopodobna, a nie ostatecznie potwierdzona. Na podstawie zebranych dotychczas danych wiedzieliśmy, że:
- Najpierw trzeba potwierdzić sprawność obwodu masy między siłownikiem a pinem 16 DME, ponieważ przerwa w masie czujników mogłaby wyjaśniać oba kody usterek.
- Po przywróceniu masy należy ponownie zmierzyć uzwojenia. Jeżeli różnice rezystancji względem wartości referencyjnych nadal występują, kolejnym podejrzanym elementem jest siłownik.
Oczekiwane wyniki po naprawie
Na podstawie powyższych ustaleń oczekiwalibyśmy przywrócenia prawidłowej masy 0 V na czarnym przewodzie, wyrównanych rezystancji trójfazowego siłownika oraz widocznego w danych diagnostycznych ruchu wałka mimośrodowego w zakresie od 7,3° do 253,9°, bez blokowania układu w trybie zabezpieczającym.
Najważniejsze wskazówki dla diagnostów
Nie przyjmuj opisów kodów usterek bezkrytycznie. Kod wskazywał na przerwę w obwodzie fazy V, ale pomiar miliomomierzem wykazał nierównowagę rezystancji, a nie całkowitą przerwę. Mylenie interpretacji usterki przez sterownik z rzeczywistym stanem fizycznym to częsta pułapka diagnostyczna.
Zrozum działanie trybów zabezpieczających. Brak masy powodujący pojawienie się 5 V na czarnym przewodzie może wynikać z jego uszkodzenia, ale również z celowego otwarcia toru masy przez DME w celu ochrony przed niesprawnym silnikiem. Przed uznaniem sterownika za uszkodzony trzeba sprawdzić ciągłość przewodu.
Uzupełniaj brakującą wiedzę danymi ze sprawnego układu. Gdy kończy się czas lub układ jest nieznany, zarejestrowanie danych ze sprawnego pojazdu jest najlepszym sposobem poznania logiki jego działania. Dzięki temu kolejne decyzje diagnostyczne będą oparte na dowodach.
