Poniżej mamy VW Passat Diesel 2.0 TD PD, który ma wolne i ciężkie kręcenie na zimno.

Używając PicoScope 4823 chciałem objąć wszystkie aspekty związane ze słabym kręceniem w jednym pomiarze, więc mamy:

Napięcie baterii mierzone na baterii 12 V (Kanał A) oraz na wyjściowym zacisku rozrusznika (Kanał E). Tutaj upewniamy się, że stan baterii oraz spadek napięcia w obwodzie dodatnim (w tym styki elektromagnesu) są prawidłowe przez okres słabego kręcenia.

Kanał B rejestruje spadek napięcia w obwodzie masowym rozrusznika Kanał C rejestruje prędkość/obroty silnika za pomocą czujnika wału korbowego Kanał D rejestruje prąd kręcenia (wykonana praca) Kanał F – przewód energetyzujący rozrusznik, aby zapewnić brak przerw w sygnale pobudzającym. 

Powyżej potwierdzamy, że spadek napięcia zarówno w obwodach dodatnich, jak i ujemnych jest akceptowalny.

Widać, że obwód energetyzacji pozostaje aktywny przez cały czas kręcenia.

Rejestrujemy moment, w którym silnik prawie zatrzymuje się (dzięki sygnałowi z czujnika wału) podczas kręcenia, a przepływ prądu do rozrusznika wzrasta.

Obraz ujawnia zużyte szczotki rozrusznika i co ważniejsze, jedna dodatnia szczotka zacina się w swojej obudowie i tylko okresowo łączy się z komutatorem.

Podczas powyższego testu wahałem się, czy rejestrować dane sygnału wału korbowego, ponieważ podłączenie do czujnika wału wymagało więcej czasu i trochę wysiłku. Patrząc wstecz na powyższy zapis, okazał się on nieoceniony dla diagnozy. Zauważ, że stan mechaniczny silnika był dobry i obracał się ręcznie bez problemów czy „twardych punktów”. Oczywiście rozwiązaniem tutaj była wymiana rozrusznika.

Nie jest tajemnicą, jak korzystne może być użycie przetwornika ciśnienia. Możliwość przekształcenia ciśnienia świata fizycznego na sygnał napięciowy, który możemy analizować za pomocą naszego oscyloskopu, daje nam możliwość ilościowego określenia rzeczy, które inaczej byłyby niemożliwe do zmierzenia.

Jeśli nie jesteś zaznajomiony z użyciem przetwornika ciśnienia, zmienne takie jak prędkość obrotowa wału korbowego i położenie przepustnicy mogą radykalnie wpływać na pomiary dostarczane przez nasze przetworniki ciśnienia.

Jedną z technik, która pomaga wyeliminować wiele zmiennych, jest używanie dwóch czujników jednocześnie. Z jednym czujnikiem zainstalowanym w podejrzanym cylindrze, a drugim w cylindrze towarzyszącym, otrzymujemy dwa ślady. Jeden z cylindra, który może mieć problem i jeden, który mamy nadzieję, jest sprawny. Ponieważ pomiary są przeprowadzane jednocześnie, prędkość silnika, otwarcie przepustnicy, temperatury i większość innych zmiennych są już uwzględnione i zminimalizowane.

W poniższym przykładzie przyjrzymy się Jeepowi Grand Cherokee z 2011 roku z silnikiem V8 5.7L. Skarga kierowcy dotyczyła tego, że silnik pracuje nierówno, a kontrolka silnika świeci i miga. Z ECM został pobrany kod błędu diagnozy przeciążenia cylindra 2 P0302. Klient wymienił cewkę zapłonową i 2 świece zapłonowe dla cylindra 2. Dla odniesienia, ten silnik posiada system wielokrotnego wyłączania cylindrów, który dezaktywuje cylindry 1,4,6,7.

W poniższym przykładzie przyjrzymy się Jeepowi Grand Cherokee z 2011 roku z silnikiem V8 5.7L. Skarga kierowcy dotyczyła tego, że silnik pracuje nierówno, a kontrolka silnika świeci i miga. Z ECM został pobrany kod błędu diagnozy przeciążenia cylindra 2 P0302. Klient wymienił cewkę zapłonową i 2 świece zapłonowe dla cylindra 2. Dla odniesienia, ten silnik posiada system wielokrotnego wyłączania cylindrów, który dezaktywuje cylindry 1,4,6,7.

Cylindry z wielokrotnym wyłączeniem. Po weryfikacji nierównomiernego działania i DTC, zauważono również stukot, brzmiący jak klekotanie. W tym momencie wykonano test względnego sprężania. Chociaż zapis nie jest idealnie gładkim wzorem, jest wystarczająco stabilny, aby stwierdzić, że nie szukamy dużej nieszczelności sprężania.

Sprawdzono również cewki zapłonowe i wtryskiwacze paliwa i uznano je za sprawne.

W tym momencie przyszedł czas na wejście do cylindra. Cewki zapłonowe i wtryskiwacze paliwa zostały odłączone dla cylindrów 2 i 3. Kolejność zapłonu tego silnika to 1-8-4-3-6-5-7-2. Czyni to cylindry 2 i 3 cylindrami towarzyszącymi. Po usunięciu cewek i wyjęciu tylko 1 ze 2 świec zapłonowych na cylinder, zamontowano parę przetworników ciśnienia WPS 500X. Test sprężania podczas kręcenia porównujący 2 cylindry zaczyna pokazywać przyczynę skargi naszego klienta. Wzrost ciśnienia pod koniec, gdzie występuje suw wydechowy na zielonym śladzie, informuje nas o wzroście ciśnienia w cylindrze w momencie, gdy jeden lub oba zawory powinny być otwarte. Pamiętajmy, że jest to zapis wykonany przy prędkości kręcenia, więc normalnie nie zobaczymy dużo aktywności między wieżami kompresji.

Następnie silnik został uruchomiony i podczas pracy otwarto przepustnicę, aby kilka razy przyspieszyć silnik. Przed przyspieszeniem silnika podejrzany cylinder miał szczyt sprężania 95PSI, podczas gdy towarzyszący miał 102PSI. Rzeczywista różnica może być zauważona w wzroście ciśnienia na końcu płaskowyżu wydechowego. Ten wzrost ciśnienia osiągnął prawie 50 PSI na biegu jałowym. Gdy silnik był przyspieszany, ciśnienie w cylindrze 2 na suwie wydechowym przekroczyło 130PSI!

Aby potwierdzić diagnozę, że wałek rozrządu ma starty krzywek wydechowych dla cylindra 2, pokrywa zaworów została zdjęta, a silnik obrócono ręcznie. Zaobserwowano, że zawór ssący był otwarty na około ½ cala, jak powinien, podczas gdy zawór wydechowy był podniesiony mniej niż 1/8 cala.

Chociaż ta diagnoza nie wymagała użycia dwóch przetworników, ułatwiło to wyjaśnienie problemu klientowi.

Zdarzają się sytuacje, gdy wszystkie procesy diagnostyczne nauczane na głównych kursach szkoleniowych nie pomagają lub mogą prowadzić w złym kierunku. Mam taką historię do opowiedzenia, która mam nadzieję będzie inspirującym procesem diagnostycznym.

Tło: Diagnostyka zawsze wskazuje ten sam kod DTC, wypadanie zapłonów w jednym lub więcej cylindrach – czasami we wszystkich cylindrach – a licznik wypadów zapłonów jest bardzo wysoki. Podczas wcześniejszych napraw pojazdu wymieniono wszystkie powiązane części: cewki, świece zapłonowe, wtryskiwacze, czujniki oraz system dostarczania paliwa. Po każdej próbnej jeździe pojazd był zwracany klientowi. Jednakże pojazd wracał kilka dni lub tygodni później z tymi samymi problemami DTC.

Pierwsze podejście diagnostyczne z inną strategią: Zważywszy na ilość napraw i instalację nowych części, jasne było, że potrzebna jest inna strategia, pytanie brzmiało – od czego zacząć? Jak zawsze najlepiej jest usunąć historię i wcześniej podane informacje, ponieważ mogą wprowadzać w błąd. Poprzedni technicy mieli dobre doświadczenie w branży, co jest wystarczającym powodem, by przypuszczać, że zostali wprowadzeni w błąd przez jakieś mylące informacje, prawdopodobnie niezwiązane z nowo zainstalowanymi częściami.

Pierwszym krokiem jest doświadczenie włączania się kontrolki ostrzegawczej podczas jazdy próbnej, co łatwo powiedzieć. Jednak po kilku jazdach próbnych kontrolka nie pojawiła się i DTC nie zostało wywołane (nic dziwnego, że zawsze przechodziło kontrolę jakości). Podczas prób symulowania stylu jazdy klienta, zapaliła się kontrolka ostrzegawcza. Przy 1200 obr./min, około 90 km/h, poczułem wypadanie zapłonów, a samochód zaczął wibrować przez około 3 sekundy (podczas jazdy samochód był w porządku, czułem się jakbym jechał po pasach wibracyjnych na drodze).

Po przeanalizowaniu wyników z jazdy próbnej zauważyłem te same problemy z DTC. Wyczyściłem pamięć błędów i przeprowadziłem kolejną jazdę próbną, próbując odtworzyć warunki, w których początkowo pojawiła się usterka. Kolejnym krokiem w procesie będzie użycie PicoScope NVH do diagnozy problemu.

Po wielokrotnym powtarzaniu procesu, korzystaniu z różnych prędkości i czyszczeniu kodów DTC, dowiedziałem się, że wibracje są związane z prawie zerowym momentem obrotowym przy około 1200 obr./min od drugiego biegu wzwyż. Oznacza to, że PicoScope NVH nie ujawni niczego nowego.

Nowy plan diagnostyczny: Sprawdziłem i znalazłem Techniczną Informację o Produkcie (TPI) dla tego pojazdu, opisującą wibracje spowodowane przez skrzynkę rozdzielczą (dodatkową skrzynię biegów odpowiedzialną za napęd 4×4, centralny dyferencjał), ale wcześniej została naprawiona i zregenerowana.

Ponieważ jest to pojazd hybrydowy, wszystko w układzie napędowym może być odpowiedzialne za problem. Najłatwiejszym sposobem znalezienia usterki jest monitorowanie obrotów poszczególnych części układu napędowego. Pojawia się także pytanie, czy może to być spowodowane przez maszynę E lub przetwornik DC/AC, ponieważ pojazd zawiera generator silnika hybrydowego.

Połączenie i rejestracja PicoScope: Podłączmy kanał pierwszy do sygnału sterującego cewką zapłonową cylindra 4 dla synchronizacji (najłatwiej dostępny), następnie kanał drugi do obrotów silnika na czujniku wału korbowego (G28) używając pinu S3 przy gnieździe ECU. Kanał trzeci do jednego z czujników Halla maszyny E (wiązka przewodów) a kanał czwarty do prądu wysokiego napięcia na pomarańczowym kablu od baterii HV do przetwornika DC/AC, używając zacisku prądowego.

Teraz, gdy wiem, jak odtworzyć usterkę, muszę przeprowadzić jazdę próbną i zarejestrować dane. Gdy sondy są przyłączone do odpowiednich punktów kontaktowych, oprogramowanie PicoScope automatycznie wykryje załączenia i zacznie produkować dane z kanałów na ekranie oprogramowania. Ten proces przebiega automatycznie, bez udziału użytkownika, aż do naciśnięcia przycisku Stop. Użytkownik będzie miał możliwość zapisania danych w banku pamięci i może uzyskać dostęp do nich oraz je przeanalizować w późniejszym czasie. Korzystanie z oprogramowania PicoScope oznacza, że nie ma potrzeby obecności drugiego technika podczas jazdy próbnej w celu rejestracji danych.

Pierwsze wnioski po zarejestrowaniu danych przez PicoScope i ich analizie: Rys.1 pokazuje moment, w którym zaczęły się wibracje.

W Rys.2 widać wibracje po jednym obrocie silnika. Obroty zarówno silnika, jak i maszyny E rosną i opadają około dwukrotnie pomiędzy poleceniem iskry. Oznacza to, że istnieje podwójna częstotliwość dotycząca cyklu silnika i obrotów silnika. Po przeanalizowaniu pomiarów Rys.3, osiągnęliśmy częstotliwość około 15 Hz. 

To wyjaśnia błąd DTC związany z wypadaniem zapłonów, wskazujący na losowe cylindry lub wszystkie cylindry z zbyt wieloma zliczeniami. Sterownik ECU identyfikuje wypadanie zapłonów, analizując przyspieszenie prędkości wału korbowego, które jest spowodowane ciśnieniem spalania. To z kolei przyspiesza wał korbowy. Tego rodzaju wibracje dezorientują algorytm ECU, dlatego oprogramowanie zidentyfikuje działania jako wypadania zapłonów.

Mogę odtworzyć wypadanie zapłonów i zarejestrować je jako przebieg falowy w PicoScope, a następnie wszystko, co pozostało do zrobienia, to zidentyfikować, która część układu napędowego powoduje wibracje o częstotliwości 15 Hz.

Rys.4 to uproszczony diagram układu napędowego, części są w kolejności możliwych punktów monitorowania prędkości.

Silnik (czujnik wału), sprzęgło hybrydowe (bez czujnika), maszyna E (3x czujnik Halla), skrzynia biegów (1x czujnik wejściowy i 1x wyjściowy), skrzynka rozdzielcza (nie sprawdzona, nieznana).

Rejestrowanie dodatkowych danych w celu głębszej analizy: Pytanie brzmi, skąd pochodzi wibracja? Czy ze strony skrzyni biegów/skrzynki rozdzielczej? A może z silnika? A może z trójfazowego silnika/generatora elektrycznego lub przetwornika DC/AC?

Silnik (czujnik wału), sprzęgło hybrydowe (bez czujnika), maszyna E (3x czujnik Halla), skrzynia biegów (1x czujnik wejściowy i 1x wyjściowy), skrzynka rozdzielcza (nie sprawdzona, nieznana).

Rejestrowanie dodatkowych danych w celu głębszej analizy: Pytanie brzmi, skąd pochodzi wibracja? Czy ze strony skrzyni biegów/skrzynki rozdzielczej? A może z silnika? A może z trójfazowego silnika/generatora elektrycznego lub przetwornika DC/AC?

Aby lepiej zrozumieć problem, przeprowadziłem więcej jazd próbnych. Rejestrowałem wibracje, jednocześnie monitorując prędkości wału wejściowego i wyjściowego skrzyni biegów za pomocą odpowiednich czujników.

Określenie źródła wibracji: Rys. 5 pokazuje, jak częstotliwość prędkości silnika wzrasta i spada, około jednego obrotu silnika, czyli 15 Hz. Maszyna E wykazuje tę samą częstotliwość w dodatku do obu czujników prędkości transmisji.

Jednak podczas gdy prędkość silnika wzrasta, gdy występują wibracje, wszystkie inne sygnały prędkości maleją. Stwierdziłem, że wibracja różni się przeciwną amplitudą między silnikiem a resztą układu napędowego. Częstotliwość jest spójna we wszystkich czterech czujnikach prędkości, mniej więcej jeden obrót silnika, i wynosi 15 Hz, niezależnie od prędkości pojazdu czy załączonego biegu.

Innymi słowy, podział lub faza znajduje się między silnikiem a maszyną E, gdzie znajduje się sprzęgło hybrydowe.

Przyjrzyjmy się sprzęgłu hybrydowemu: Patrząc na Rys.6 z katalogu części, płyta sprzęgła wygląda na mnie coś podobnego do amortyzatora, coś w rodzaju dwumasowego koła zamachowego pod względem funkcji.

Więc musi być jakiś rodzaj konstrukcji tłumiącej sprężyny i wstrząsów w płycie sprzęgła. Mając to na uwadze, zakładając, że tłumienie jest niesprawne, płyta sprzęgła byłaby tylko sprężyną, a każda sprężyna ma swoją własną częstotliwość, prawda? Wcześniej zaobserwowałem, że wibracja zawsze występuje w zakresie jednego obrotu silnika 1200 obr./min lub częstotliwości 15 Hz. Nie jest to związane z wyjściem skrzyni biegów, więc nie jest spowodowane przez skrzynię biegów ani skrzynkę rozdzielczą. Logiczny wniosek diagnostyczny na podstawie przedstawionych tutaj danych, 15 Hz pomnożone przez 60 = 900, więc układ napędowy wibruje 900 razy na minutę, a obroty wynoszą 1200, jest to wystarczająco blisko, że obroty mogłyby powodować rezonans płyty sprzęgła, co wskazuje na wadliwą płytę sprzęgła hybrydowego.

Oznacza to zamówienie nowego sprzęgła hybrydowego i przekazanie samochodu do warsztatu w celu demontażu sprzęgła.

Inspekcja fizyczna płyty sprzęgła: Wniosek był słuszny, uszkodzenie tłumienia płyty sprzęgła hybrydowego było usterką. Działała tylko jako sprężyna. Nowe sprzęgło usunęło skargę, a pojazd został zwrócony klientowi.

Dziękuję za przeczytanie tego studium przypadku, mam nadzieję, że zainspiruje innych użytkowników Pico do eksploracji nowych możliwości PicoScope lub pomoże w podejmowaniu decyzji o inwestycji i dodaniu zestawów PicoScope do listy narzędzi w warsztacie.