Podwójny problem…

Autor: Nick Hibberd

O2 sensors

Tym razem klient poinformował mnie o nagłym wzroście obrotów na biegu jałowym przy rozgrzanym silniku, problemem z płynnością jazdy oraz powtarzającymi się błędami DTC -LH BANK FRONT O2 SENSOR (lewy przedni bank sonda lambda) -RH BANK FRONT O2 SENSOR (prawy przedni bank sonda lambda.) Samochód to Ferrari 355 1999 posiadający monitorowanie efektywności katalizatora. Auto ma zamontowany silnik V8 oraz katalizator spalin na każdym układzie wydechowym - daje to w sumie cztery sondy lambda, dwie przed i dwie po katalizatorze. Wszystkie sondy były tego samego typu (zirconia) z wyjściem od 200mV do 800mV.

Obydwie górne sondy zostały niedawno wymienione przez serwis, jednak po krótkim czasie błędy powróciły. Dodatkowo wymieniono przepływomierze (MAF) oraz czujnik temperatury płynu chłodzącego (CTS) - jednak to nie zmieniło nic w pracy silnika. Klient chciał sam przeprowadzić naprawę i zwrócił się do mojego znajomego z prośbą o sprawdzenie wtryskiwaczy, które uważał za źródło problemu. Znajomy przekonał właściciela aby nie próbował własnych napraw oraz zarekomendował sprawdzenie systemu zarządzania paliwa.

Spoglądając racjonalnie na przeprowadzoną do tej pory diagnozę, wydaje sie mało prawdopodobne, że dwie górne sondy uległy awarii jednocześnie - dodatkowa są one na dwóch różnych bankach. Na wstępnym etapie śledztwa zakładałem że istnieje wspólna przyczyna, która wpływa jednocześnie na dwie sondy - nie koniecznie musi być ona związana z problemem natury elektrycznej. Jak zawsze, rozpocząłem diagnozowanie problemu od początku jego występowania. Chciałem poznać w jaki sposób pracują wszystkie cztery sondy lambda, aby zbudować szerszy obraz problemu. Zabrałem się do pracy podpinając pod sondy oscyloskop samochodowy Pico Technology.

waveform of all O2 sensors

Powyższy przebieg został zapisany na rozgrzanym silniku, pracującym na biegu jałowym. Wygląd przebiegu odbiega daleko od tego czego można by było oczekiwać. Całkowicie straciliśmy nasz standardowy 1Hz sygnał, został on zastąpiony przez coś, co nawet nie można nazwać sinusoidą. Ogólny zakres napięć sygnału jest zachowany (chociaż producent podniósł sygnał względem masy o około 0.8V. Można by przybliżyć (zoom) sygnał w celu sprawdzenia czasu przejścia ze stanu niskiego do wysokiego, jednak dostrzegłem coś bardziej niepokojącego.

Oba banki są zaopatrywane w paliwo bardzo podobnie, wskazują na to dwie sondy przed katalizatorem. Oznacza to, że cokolwiek powoduje błąd wpływa jednocześnie na oba banki. Zgadza się do z zapisanymi błędami DTC, o których była mowa wcześniej. Zadziwiający jest fakt, że pomimo tych dwóch poważnych problemów, widać okresy ubogiej i bogatej mieszanki. Normalnie tak duży problem płynności pracy silnika, zmienia mieszankę paliwa na bogatą lub ubogą i pozostaje tam przez większość czasu. Dolna sonda lambda nie mówi nam wiele, oprócz tego że katalizator jest obecny oraz posiada dobre parametry pracy. Widoczne na przebiegu duże opóźnienie pomiędzy sygnałem górnej a dolnej sondy lambda (obydwu banków) pokazuje na ile dobrze pracuje katalizator.

Monitowanie dostarczanych na żywo parametrów było utrudnione z powodu wolnego odświeżania wartości przed diagnoskop. Mimo to dostarczył on wystarczających informacji aby wyeliminować niektóre peryferyjne czynniki. Dodatkowo dostarczył paru nowych wskazówek chociażby tego, że relacje pomiędzy czujnikiem pozycji przepustnicy (TPS) a czujnikiem przepływu powietrza dolotowego są dobre. Trimy także podążały za sondami co wykluczyło możliwość wystąpienia przerwy na kablu sygnałowym czujnika. Ogólnie wszystko wyglądało normalnie. Przeprowadziłem również ogólną inspekcję w komorze silnika, skupiając się na obszarach dolotu powietrza i paliwa. Nie przyniosło to jednak żadnych rezultatów więc wróciłem do pracy z oscyloskopem.

Długo wpatrując się w sygnał przebiegu, jednocześnie nasłuchując wzrostów obrotów silnika, dostrzegłem coś co wcześniej przeoczyłem. Widać było oczywiste powiązanie pomiędzy okresowymi wzrostami obrotów silnika a transmisją sygnału z sondy. To nie przednia sonda lambda powodowała zmiany obrotów silnika - była to sonda za katalizatorem! System zarządzania paliwem był sterowany sondą umieszczoną za katalizatorem! Przeprowadziłem prosty test w celu weryfikacji tej hipotezy. Odłączenie górnej sondy nie spowodowało ustania wzrostów obrotów silnika. Następnie odłączyłem dolną sondę lambda, wzrosty obrotów ustały a sinik pracował prawie normalnie. Dlaczego jednak ECM był tak bardzo zainteresowany dolną sondą lambda? To odkrycie oznaczał,o że wszystkie dotychczasowo zapisane przebiegi muszą zostać ponownie przeanalizowane.

O2 sensor waveforms

Istnieje awaryjny program ECM-u, w którym dolna sonda lambda jest odpowiedzialna za kontrolowanie mieszanki paliwa, ale dzieje się tak tylko w przypadku awarii górnej sondy, jednak w naszym przypadku było to niemożliwe. Nie widziałem powodu dla którego ECM miał prawo wątpić w jakość sygnału dostarczanego przez górną sondę lambda. Dodatkowa awaria miała miejsce w momencie rozgrzania silnika i wchodzenia w fazę "zamkniętej pętli" - nie dawało to ECM-owi możliwości odpowiedniego monitorowania wydajności sond.

Z odłączonymi wszystkimi sondami przypomniałem sobie o oczywistym fakcie wspomnianym na początku śledztwa, wszystkie sondy miały takie samo złącze oraz takie same końcówki. W tym samym momencie zauważyłem, że sondy górna oraz dolna były zamocowane bardzo blisko siebie. Przy takim umiejscowieniu sond łatwo było o pomyłkę i niewłaściwe podłączenie przewodu sygnału. Patrząc na taką sytuację, z perspektywy ECM wszystko zaczynało nabierać sensu.

O2 sensor connections

Zanim odwróciłem połączenia sondy lambda, upewniłem się że wszystkie błędy DTC zostały poprawnie wykasowane. Na początku nie zwróciłem zbyt wiele uwagi na odpowiedź ECMu na sondy. Po podmianie sond, trimy (korekty wtryskiwaczy) zaczęły wskazywać normalne wartości, także przebiegi znacznie się poprawiły. Kiedy silnik wszedł w "zamkniętą pętle", tylnia sonda lambda poinformowała o znakomitej sprawności katalizatora. Podsumowując, wszystkie elementy pracowały o wiele lepiej.

O2 sensor waveforms

Przyczyną awarii był pomyłka, która prędzej czy później musiała wystąpić. Dodatkowa kolorowa taśma, która zazwyczaj używana jest do odróżnienia sąsiednich elementów, nie była użyta w tym samochodzie. Nie udało się ustalić kiedy i przez kogo nastąpiło omyłkowe podłączenie. W większości samochodów było by trudno stworzyć taką awarię, ponieważ używane są różne górne i dolne sondy lambda. Podejrzewałem, że taka awaria nie zdarzyła się pierwszy raz w tym typie samochodu. Zapewne jeszcze nie jedna osoba będzie zastanawiać nad źródłem problemu ze wzrostem obrotów sinika. Powodem tego jest ta sama sonda, to samo złącze, te same końcówki, ta sama długość kabli, ta sama pomyłka.

*do przeprowadzonego badania użyto oscyloskop samochodowy USB PICO PicoScope 4423