Fünf-Volt-Referenzsignale verstehen

Jun 14, 2023

Das alte Sprichwort in der Computerbranche lautet: „Müll rein, Müll raus.“ Während des Diagnoseprozesses vergessen wir gelegentlich, dass OBD II-Motorsteuermodule (ECMs) nicht funktionieren können, wenn sie Daten von 5-Volt-Referenzsensoren nicht genau erfassen und verarbeiten. Bei den meisten Motormanagementsensoren handelt es sich um Zweileiterschaltungen, die eine 5-Volt-Referenz und eine Signalrückführungsleitung enthalten, oder um Dreileiterschaltungen, die eine 5-Volt-Signalrückführung und eine zusätzliche Erdungsleitung enthalten.

Diesen Monat werde ich zwei ältere Fallstudien verwenden, darunter einen Jeep Cherokee Sport von 1997 und einen Chevy-Kleintransporter von 2002, um zwei Beispiele aus der Praxis zu liefern, wie Zwei- und Dreileiter-Sensoren einen zeitweise fetten Betriebszustand verursachen können.

Das Grundkonzept ist einfach: Eine 5-Volt-Referenz fließt durch einen Sensor, dessen Widerstand sich je nach Temperatur-, Druck- oder Positionsänderung ändert. Aufgrund dieses variablen Widerstands ist die Signalrücklaufspannung zum ECM immer niedriger als die Referenzspannung.

Motormanagementdaten wie Ansauglufttemperatur (IAT), Motorkühlmitteltemperatur (ECT), Drosselklappenstellung (TP), Luftmassenstrom (MAF), Luftdruck (BARO), Sauerstoffsensor (O2), Kurbelwellenposition (CKP), Nockenwelle Position (CMP), variable Ventilsteuerung (VVT), Kraftstoffstand und andere OBD II-bezogene Motorsensoren werden zur Steuerung der Zünd-, Kraftstoff- und Drosselklappenkennfelder eines Motors verwendet. Das Motormanagementsystem kann auch indirekte Daten von den ABS- (Fahrzeuggeschwindigkeit) und Getriebemodulen (Gangbereich) sammeln, um bei der Berechnung von Zündung, Kraftstoff und Drosselklappenstellung zu helfen.

Das ECM erkennt Sensorausfälle und legt Codes fest, indem es Eingabedaten zwischen verwandten Sensoren vergleicht oder „rationalisiert“. Beispielsweise sollten die Daten der Kühlmittel-, Umgebungsluft-, Batterietemperatur-, Motoröl- und Getriebeflüssigkeitssensoren nach einem „Kaltbad“ über Nacht nahezu gleich sein. Wenn ein Sensor aufgrund einer fehlerhaften Kalibrierung außerhalb des Bereichs liegt, legt das ECM einen Code für diesen Sensor fest, indem es ihn mit den verbleibenden drei oder vier Dateneingängen vergleicht.

Die „Aktivierungskriterien“ für einen bestimmten Code beschreiben die Bedingungen, unter denen der Code aktiviert wird. In manchen Fällen benötigt ein Sensor möglicherweise zwei Fahrzyklen, um die Kontrollleuchte für den Motor (CE) aufzuleuchten. In anderen Fällen erkennt die ECM-Software, die einen eigenständigen Sensor überwacht, einen Fehler aufgrund fehlender vollständiger Daten möglicherweise nicht.

Wenn das Sensorsystem die Daten korrekt überwacht, passt das ECM automatisch die Zünd- und Kraftstoffkennfelder sowie die Drosselklappenöffnungen an die gewünschten Einstellungen an. Wenn ein oder mehrere Sensoren ausfallen, kommt es zu verschiedenen zeitweiligen und andauernden Beschwerden über das Fahrverhalten. Es kommt selten vor, aber wenn ein einzelner Sensor die 5-Volt-Referenz mit Masse kurzschließt, greift das ECM möglicherweise auf einen Notlaufmodus des Motors zurück, der die Leistung drastisch reduziert.

Um einen grundlegenden Aspekt der Zweidraht-Sensordiagnose zu veranschaulichen, schauen wir uns eine meiner Fallstudien an, bei der es um einen Jeep Cherokee Sport von 1997 mit 4,0-Liter-Motor ging, bei dem etwa 10 Minuten nach einem Kaltstart ein Abwürgen auftrat (siehe Foto 1 ). Nach 30 Minuten heißem Einweichen würde es normal laufen.

Zu den grundlegenden ECT-Sensordiagnosen gehört ein offener Stromkreis, der -40 °F im ECT-Datenstrom anzeigt und zwischen 250 °F und 300 °F anzeigt, wenn die Referenz- und Signalrückleitungsdrähte kurzgeschlossen sind. Nicht kalibrierte ECTs werden durch den Rationalisierungsprozess erkannt. (siehe Foto 2)

Wie Sie vielleicht vermuten, handelte es sich hierbei um ein No-Code-Problem, das zwei frühere Shops verwirrt hatte. Soweit ich mich erinnere, hat eine Werkstatt die Leerlaufluftregelung (IAC) und eine andere den Sauerstoffsensor ausgetauscht, weil der Auspuff „fett roch“.

Die beste Vorgehensweise zur Diagnose von zeitweise auftretenden Fahrverhaltensbeschwerden besteht darin, alle relevanten Codes und Daten auf dem Scan-Tool abzurufen und zu speichern, das Datensatz- oder „Film“-Menü auszuwählen und mit dem Fahrzeug eine Probefahrt zu machen. Bei der Analyse des Datenstroms fiel mir auf, dass die Motorkühlmitteltemperatur nach etwa 10 Minuten Laufzeit kaum über die Umgebungstemperatur gestiegen war.

Jetzt haben wir also ein Garbage-In-Signal. Zurück in der Werkstatt spürte ich einen kalten oberen Kühlerschlauch und sah einen leeren Kühlmittelbehälter. Wie Sie vielleicht vermuten, meldete der ECT-Sensor einen kalten Zylinderkopf, der ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch erforderte, während der glühend heiße Motorblock in Echtzeit ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis forderte. Dies führte dazu, dass das ECM den Motor abwürgte, indem ein relativ heißer Zylinderblock zu stark mit Kraftstoff versorgt wurde.

In den meisten Fällen sollte die ECM-Software einen allgemeinen Fehlercode P0128 eingestellt haben, der auf einen festsitzenden Thermostat und eine langsame Aufwärmzeit hinweist. Da dieses spezielle Jeep-Modell offensichtlich kein P0128 im Diagnosemenü enthält, hatte ich eine Beschwerde wegen fehlendem Code.

Da der Motor nach einem heißen Einweichen eine bessere Leistung erbrachte, wiederholte sich die Beschwerde über das Abwürgen nicht immer nach dem ersten Aufwärmen. Nach dem Austausch der Wasserpumpe verifizierte ich die Reparatur, indem ich die ECT-Eingabedaten des Scan-Tools mit Echtzeitdaten einer Infrarot-Temperaturpistole verglich. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis lag bei etwa 14,7:1 und das Problem des Kaltabwürgens war gelöst.

Dreiadrige Fünf-Volt-Potentiometer sind normalerweise an einer oder mehreren „erdfreien“ Erdungen im ECM geerdet. Das ECM wird dann über den Motorblock direkt an den Minuspol der Batterie geerdet, wodurch Spannungsschwankungen zwischen den einzelnen Sensormassekreisen vermieden werden.

Lassen Sie uns eine weitere Fallstudie der alten Schule verwenden, um ein relativ seltenes Problem zu lösen, bei dem ein Dreidrahtsensor einen zeitweiligen Stromausfall bei einem 2002 GM 5,7-Liter-VIN-R-Nutzfahrzeug eines örtlichen Touristenresorts verursacht.

Ich habe einen P0121-Code (Leistung des Drosselklappensensorbereichs) vom ECM abgerufen, konnte die Beschwerde jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht reproduzieren. Das Resort brauchte den Transporter dringend, also tauschte ich den Drosselklappensensor (TPS) aus, in der Hoffnung, dass dadurch die Beschwerde über den Leistungsverlust gelöst werden würde.

Ein paar Tage später tauchte der Lieferwagen wieder auf, nur dass jetzt schwarzer Rauch aus dem Auspuff strömte. Was die Daten anbelangt, sollte das TPS bei geschlossener Drosselklappe auf dem TPS-Signalrücklauf typischerweise etwa 0,8 Volt anzeigen. Die TPS-Daten bei geschlossener Drosselklappe zeigten stattdessen volle 5,0 Volt an.

Angesichts der 5,0-Volt-Signalrückkehr hätte ich vermutet, dass die ECM-Software standardmäßig auf einen Notlaufmodus des Motors umschaltet. Stattdessen reagierte das ECM auf die 5,0-Volt-Signalrückgabe darin, die Kraftstoffzufuhr zu erhöhen, um den Kraftstoffbedarf bei Vollgas zu decken, selbst bei Leerlaufdrehzahl.

Bei diesem Szenario liegt jedoch ein Softwareproblem vor. Der Hub der Drosselklappe sollte zwischen 0,8 Volt bei geschlossener Drosselklappe und etwa 4,5 Volt bei voll geöffneter Drosselklappe liegen. Es ist wichtig zu beachten, dass Softwareentwickler den 4,5-Volt-Wert verwenden, um TPS-Ausfälle zu rationalisieren.

Wenn die Rücksignalspannung 5,0 Volt beträgt, hätte das ECM berücksichtigen müssen, dass der Motor im Leerlauf läuft, und daher davon ausgehen müssen, dass das TPS entweder intern kurzgeschlossen ist oder dass die Referenz- und Signalrückleitungsdrähte miteinander kurzgeschlossen sind.

Da es sich beim TPS jedoch um einen Dreidrahtsensor handelt, könnte eine offene TPS-Masse auch zu hohen Signalrückführungsspannungen führen. Da ich wusste, dass ich möglicherweise nur eine Chance hatte, das Problem zu lokalisieren, begann ich, das TPS-Erdungskabel vorsichtig hin und her zu testen.

Ungefähr 15 cm vom TPS-Stecker entfernt war das Erdungskabel in seiner Isolierung gebrochen und hatte sofort Kontakt hergestellt und die Kraftstoffzufuhr auf normale Werte gebracht, sobald ich es berührte. Ein neuer TPS-Pigtail löste das Problem.