PicoScope i elektrohydrauliczna skrzynia biegów BMW M3

Autor: Dave Hill

BMW M3

Asertywności uczymy się cały czas podczas pracy w zawodzie mechanika, jednak czasami ulegamy pokusie na widok interesującego przypadku. Ostatnimi czasy przyjechał do nas klient samochodem BMW M3 rok 2003 z zapalonymi dwoma awaryjnymi lampkami, dodatkowo klient skarżył się na ciągłe tracenie biegów. Samochód był wyposażony w skrzynię biegów typu SMG i muszę przyznać, że moja wiedza o tym typie skrzyń była bardzo ograniczona. Słyszałem i czytałem wiele nie ciekawych historii o skrzyni SMG i jej kosztownych naprawach. Koniec końca to zadanie powinno być zlecone serwisowi BMW albo niezależnemu specjaliście jednak moje masochistyczne zainteresowanie nowymi przypadkami popchnęło mnie ku naprawie tego samochodu.

Podłączenie diagnoskopu ujawniły dwa znaczące błędy: - DME (Digital Motor Electronics) Engine MIL on at request of SMG. Skrzynia SMG (Sequential Manual Gearbox) - P1717 Hydraulic Motor On Time too long.

Skrzynia biegów BMW SMG jest w rzeczywistości konwencjonalną manualną skrzynią biegów z elektrohydraulicznym systemem kontroli,  została zaprojektowana i stworzona na użytek formuły 1 a dokładnie zespołu BMW / Willians.

Biorąc na swoje barki zadanie naprawy takiej awarii należy dowiedzieć się ile klient może zainwestować w proces diagnozowania i naprawy,  nie polecam zaskakiwać i denerwować klienta ciągle rosnącymi kosztami. Jeśli okaże się, że klient chce otrzymać naprawiony samochód przed weekendem i dysponuje ograniczonym budżetem  to radzę zrezygnować z takiej naprawy. Klient opisanego samochodu wyjeżdżał na parę tygodni do Dubaju i powiedział, że chce mieć samochód naprawiony po powrocie oraz, że zgadza się na kosztowne naprawy. Mimo iż wiedziałem, że mogę wydać dużo na naprawę to i tak chciałem ją przeprowadzić bez zbędnego kupowania niepotrzebnych części.

Na szczęście nasz warsztat ma dostęp do narzędzi diagnostycznych na poziomie autoryzowanego serwisu BMW, dodatkowo mamy doskonały system informacji technicznej który jest niezbędny przy tak skomplikowanych naprawach. W pierwszej kolejności sprawdziliśmy wersję oprogramowania i  okazało się, że jest zainstalowana najnowsza wersja. W ostatnich latach była ona powodem wielu nietrafionych diagnoz. Błędy zapisywały się ponieważ parametry zaprojektowanego systemu były za bardzo restrykcyjne,  jednak w przypadku tego samochodu kontroler silnika oraz skrzyni biegów miał najaktualniejszą wersję oprogramowania. Przeprowadziliśmy kolejne testy co poskutkowało wymianą przekaźnika pompy hydraulicznej ( zasugerował to nam system wykrywania usterek). Osobiście wątpiłem, że przyczyną awarii może być przekaźnik pompy jednak przy cenie nowego komponentu wynoszącej 16 dolarów warto było spróbować tego rozwiązania.

Po wymianie tego komponentu wielokrotnie uruchamialiśmy samochód przez okres około tygodnia bez jakichkolwiek oznak powrotu awarii. Uznaliśmy że naprawa się udała i skontaktowaliśmy się z bratem właściciela w celu odebrania samochodu. Jak to zwykle bywa w takich sytuacjach, 10 minut od przekazania samochodu brat właściciela powrócił z informacją, że awaria jest dalej obecna. Po raz kolejny samochód został poddany testom.

Następnym naszym krokiem było przeprowadzenie testu akumulatora ciśnienia. Test wykonywany jest przez zautomatyzowany plan narzędzia diagnostycznego. Układ hydrauliczny jest opróżniany (wentylowany) a następnie na ekranie wyświetlana jest wartość ciśnienia. W naszym przypadku wynosiło one 32 bary,  minimalne ciśnienie rekomendowane w specyfikacji wynosiło 29 barów. Wytwarzane ciśnie również wyglądało na poprawne gdyż w ciągu ok 20 sekund wzrosło z 50 barów do 70 barów.

Całkiem niespodziewanie okazało się, że mamy w tym samym momencie do dyspozycji identyczny samochód , dzięki czemu mogliśmy porównać parametry tych dwóch samochodów. Takie podejście często okazuje się kluczowe do poprawnego zdiagnozowania skomplikowanych awarii. Początkowo porównaliśmy wyłącznie podstawowe parametry czyli wytwarzane ciśnienie oraz czas spadku. Wszystkie te pomiary przeprowadziliśmy z wykorzystaniem stopera oraz danych rzeczywistych z diagnoskopu. Niestety i tym razem nie udało się nam znaleźć żadnej wskazówki dotyczącej źródła problemu. Tak naprawdę jest tylko jeden sposób na mierzenie pracy pompy w długim okresie  i wymaga on użycia oscyloskopu. Nasze nowe podejście polegało na mierzeniu sygnału prądu hydraulicznej pompy w trakcie jest pracy tj. od zera do 80 barów, a następnie porwaniu tego sygnału z sygnałem pracy poprawnie działającej pompy z drugiego samochodu. Mieliśmy nadzieję, że w końcu takie podejście przyniesie jakieś rezultaty.

Poniżej przedstawiamy zarejestrowany przebieg poboru prądu pompy hydraulicznej. Przedstawia on 20 sekundowy okres czasu oraz 20 amperową skale osi Y.

figure 1

Rys 1: Problematyczny samochód

figure 2

Rys 2: Poprawnie działający samochód

Porównując dwa zapisane przebiegi od razu można dostrzec parę różnic. Po pierwsze to czas potrzebny do wygenerowanie 80 barów ( został on monitorowany na diagnoskopie). Na dobrym samochodzie był on o 8 sekund szybszy. Po drugie pionowy zapis przebiegu na uszkodzonym samochodzie jest zafalowany. Zwróć uwagę jak wygląda sygnał na Rys. 2 ( dobry samochód) wznoszenie jest równe brakuje falowania. To może być powód awarii dlatego postanowiliśmy przybliżyć przebieg aby lepiej zrozumieć co się dzieje z sygnałem. .

Zanim powiększymy sygnał, pragnę zwrócić uwagę że w przypadku wykonywania testów porównujących pracę dwóch samochodów należy pamiętać, aby stworzyć podobne warunki pracy obu samochodom. W naszym przypadku obydwa samochody zostały zaparkowane koło siebie a następnie odczekaliśmy parę godzin aby ciśnienie zanikło do zera oraz aby temperatura płynów hydraulicznych była podobna. Temperatura płynów jest bardzo ważna - nie ma większego sensu porównywać czasu wytwarzanie ciśnienia w przypadku gdy jeden samochód ma gorący płyn a drugi zimny. Lepkość płynów ma wpływ na pracę pompy ( szybkość wytwarzania ciśnienia) dodatkowo lepkość wpływa na czas jaki potrzebuje on na przepłyniecie przez zawory, liczne siłowniki oraz elektromagnesy.

Dobrze , wróćmy do naszego samochodu. Poniższy rysunek przedstawi ten sam przebieg co wyżej jednak tym razem powiększyliśmy go 512 razy.

figure 3

Rys 3: Zoom przebiegu problematycznego samochodu

figure 4

Rys 4: Zoom przebiegu poprawnie działającego samochodu

W tych dwóch przebiegach zoomowaliśmy sygnał (512 razy) do punktu w którym jesteśmy w stanie dostrzec zachowanie się prądu wywołane przez obracające się pierścienie komutatora silnika pompy. W przypadku naszego uszkodzonego samochodu (Rys 3) wyraźnie widać dziwne zachowanie prądu, które cykliczne powtarza się przy każdym obrocie pompy . Porównując ten przebieg z sygnałem zapisanym w prawidłowo działającym samochodzie (Rys 4) możemy stwierdzić, że znaleźliśmy problem w tym miejscu. .

Pierwotnie nie było wiadomo czy falistość poboru prądu była skutkiem problemu z silnikiem pompy czy wynikała z innego problemu występującego gdzieś dalej w układzie hydraulicznym. Być może to zawory hydrauliczne powodowały nierówne obciążenie silnika pompy a to powodowało nieregularności w sygnale? Ponieważ nowy komponent kosztował 2700 dolarów zgadywanie nie wchodziło w grę.

Istotna wskazówka co do przyczyny awarii zawarta była w zapisanym przebiegu. Zwróć uwagę na dolne segmenty sygnału pracy komutatora w zepsutym samochodzie . Kształt sygnału powtarza się identycznie za każdym razem w trakcie trwania całego przebiegu i za każdym razem widzimy taki sam spadek poboru prądu. Jest to bardzo ważna wskazówka ponieważ niekwestionowanie wiąże on spadek oraz wzrost poboru prądu z rotacyjną pracą silnika pompy. Ciągle powtarzające się identyczne zachowanie sygnału wskazuje na problem w motorze pompy lub samej pompie.

Dzięki informacjom jakie dał nam przebieg zarejestrowany oscyloskopem mogliśmy z całą pewnością wskazać na pompę jako źródło problemu. Zamówiliśmy oraz zamontowaliśmy nową część a następnie ponownie zapisaliśmy przebieg pracy pompy. Na poniższym przebiegu widać wyraźnie, że praca nowej pompy jest bardzo podobna do pracy pompy w sprawnym samochodzie.

figure 5

Rys 5: Naprawiony samochód

figure 6

Rys 6: Powiększony sygnał

Podsumowanie:

Po jakimś czasie otrzymaliśmy email od właściciela samochodu z podziękowaniami oraz informacją, że samochód sprawuje się rewelacyjnie.

Mam nadzieję że ten artykuł jest kolejnym dowodem na to, że oscyloskopy w dzisiejszych czasach są niezbędnym narzędziem w warsztacie samochodowym. Część do tego samochodu kosztowała 2300 dolarów + VAT a przy tak drogich komponentach nie ma miejsca na zgadywanie przyczyn wystąpienia awarii. Dzięki pracy z oscyloskopem PicoScope mogliśmy w 100% stwierdzić, że przyczyną awarii była pompa a nie inny element układu hydraulicznego, dzięki tym informacjom zaoszczędziliśmy klientowi zbędnych wydatków oraz skróciliśmy czas diagnozy.

*do przeprowadzonego badania użyto oscyloskop samochodowy USB PICO PicoScope 4423