Storingzoeken in sensorbedrading

Onderwerpen:

  • Inleiding
  • Meting zonder storing
  • Storing 1 – Onderbroken signaaldraad
  • Storing 2 – Onderbroken voedingsdraad
  • Storing 3 – Onderbroken massadraad
  • Storing 4 – Overgangsweerstand
  • Storing 5 – Kortsluiting tussen voedings- en signaaldraad
  • Storing 6 – Kortsluiting tussen voedings- en massadraad
  • Storing 7 – Onderbroken PWM-signaaldraad
  • Reparatie van een onderbroken plusdraad

Inleiding:
Bij een vermoeden dat er sprake is van een storing, lezen we eerst de auto uit. De storingscode geeft ons een richting om verder te zoeken. Indien er geen foutcodes in het storingsgeheugen zijn opgeslagen, kijken we of we afwijkingen in de live data kunnen herkennen. Zie de pagina On Board Diagnostics.

In het geval dat de foutcode betrekking heeft op een sensor, wil dat nog niet zeggen dat de sensor defect is. Om uit te sluiten of er een probleem in de bedrading en/of stekkeraansluitingen aanwezig is, gaan met met behulp van elektroschema’s en meetapparatuur bepaalde dingen uitsluiten. Op deze pagina worden een aantal mogelijke situaties geschetst en is te zien dat de beschrijving van de storingscode kan afwijken van de werkelijke oorzaak.

Meting zonder storing:
De volgende afbeelding toont de meting van de voedingsspanning en massa van een actieve sensor.

De actieve sensor krijgt een plus (5 volt) en een massa via het regelapparaat. In dit geval is de voeding dus in orde. Een tweede meting kunnen we doen aan de massadraad (pin 3 op de sensor, en / of pin 4 op de ECU). Het signaal moet tussen de 0,5 en 4,5 volt bedragen.

Naast actieve sensoren, hebben we ook te maken met passieve en intelligente sensoren. Lees hier meer over op de pagina: sensortypes en signalen.

De sensor gebruikt de voedings-spanning van  5 volt om het signaal te vormen. Het signaal moet tussen de 0,5 en 4,5 volt bedragen. De ECU leest de hoogte van de spanning (of in andere gevallen de frequentie) en vertaalt dit naar een waarde. Dit kan bijvoorbeeld de waarde van de laaddruksensor zijn: bij een turbodruk van 1,5 bar verstuurt de sensor een spanning van 3,25 volt naar de ECU. 

Bij deze meting wordt de signaalspanning ten opzichte van de massa gemeten en is in orde.

Met behulp van een breakout-box kunnen we in de stekker van de ECU meten. We weten dan welke spanningen de ECU uitstuurt en ontvangt. 

In de volgende meting meten we opnieuw 3,25 volt, maar dan op de ingang van de ECU. Dat betekent dat de signaaldraad in orde is: de spanning wordt 1:1 van de sensor aan de ECU doorgegeven.

Het sensorsignaal zal nooit 0,0 of 5,0 volt bedragen. Er wordt altijd een bepaald bereik aangehouden. Vaak bedraagt dit tussen de 0,5 en 4,5 volt. De sensor zal geen spanningen lager dan 0,5, of hoger dan 4,5 volt uitsturen. Bij defecten aan de sensoren of de bedrading, kan de ECU aan de hoogte van de spanning herkennen of de waarde binnen, of buiten het meetbereik valt:

  • spanningen lager dan 0,5 volt: de ECU genereert een foutcode met de beschrijving: “sensor X, kortsluiting met massa” of “massasluiting”;
  • bij spanningen hoger dan 4,5 volt wordt “plussluiting” in de beschrijving van de storingscode aangegeven.

Actieve sensoren kunnen ook een digitaal signaal zenden. Veelal worden deze sensoren niet door de ECU gevoed, maar via klem 15. We hebben in de meeste gevallen te maken met een PWM-signaal. 

De volgende afbeelding toont een deel van het schema waar een actieve sensor een externe voeding heeft en de signaaldraad via pin 3 van de sensor op pin 4 van de ECU is aangesloten. Met de oscilloscoop wordt het spanningsverloop van de sensor ten opzichte van de massa-aansluiting gemeten.

De scope is ingesteld op 2 volt en 4 milliseconden per divisie. De duty cycle bedraagt 50%.

In de paragraaf: Storing 7 – Onderbroken PWM-signaaldraad behandelen we de stappen om een goede diagnose te stellen.

Het diagnosticeren van de sensorbedrading:
Voordat we een diagnose aan sensoren gaan stellen, moeten we op de hoogte zijn van het soort sensor (passief, actief, intelligent) en de wijze waarop de sensor zijn signaal naar het regelapparaat zendt (analoog of digitaal, in de vorm van een AM (Amplitude Modulatie) of FM (Frequentie Modulatie). Na het raadplegen van het elektrische schema, kunnen we inschatten welke spanningen we op de bedrading gaan meten.

In de volgende paragrafen worden mogelijke storingen geschetst die in de praktijk voor kunnen komen. In plaats van te beginnen bij “de klacht van de klant”, wordt gelijk de oorzaak genoemd; bijv: een onderbroken draad, kortsluiting, etc. Het gaat hier om het verkrijgen van inzicht in de meettechnieken. Want hoe handel je bij een storing? En met welke metingen kom je achter de oorzaak?

Beheers je de meettechnieken en ben je benieuwd naar een casus? Bezoek dan de pagina: Casus: storing brandstofdruksensor kortsluiting met plus.

Storing 1 – Onderbroken signaaldraad:
Bij een onderbroken signaaldraad kan de signaalspanning van de sensor de ECU niet bereiken. In deze paragraaf kun je lezen wat je in deze situatie op de aansluitingen van zowel de sensor als de ECU meet.

We verrichten de volgende metingen aan de actieve sensor en krijgen de volgende meetwaarden:

  • voedingsdraad (pin 1) ten opzichte van de sensormassa (pin 2) bedraagt 5 volt;
  • signaalspanning t.o.v. massa bedraagt 2,9 volt.

De voeding en het gegenereerde sensorsignaal zijn in orde. Echter, het sensorsignaal bereikt door de onderbreking de ECU niet. 
Om de spanning aan de ingang van de ECU te meten, gebruiken we een breakout-box.

Met behulp van een breakout-box voeren we een meting uit op pin 4 van de ECU t.o.v. de massa (of pin 2 van de sensor). We meten een spanning van 4,98 volt.

De spanning aan de ECU-zijde is dus hoger dan de spanning die de sensor heeft verstuurd. Een schakeling in de ECU is verantwoordelijk voor de uitgangsspanning van 4,98 volt. Dat heeft enerzijds te maken met de manier van signaalverwerking, maar ook voor het herkennen van onderbrekingen.

De ECU meet nu zijn eigen uitgangs-spanning en herkent dit, vanwege de voedingsspanning van 4,98 volt, als een plussluiting.

We meten vervolgens het spannings-verschil over de draad tussen de ECU en de sensor. Het spanningsverschil moet in een storingsvrije situatie nagenoeg 0 volt zijn.

In dit geval meten we een spanningsverschil van 2,08 volt; namelijk  2,9 volt (sensor) ten opzichte van 4,98 volt (ECU).

De spanningen kunnen je op het verkeerde been zetten.

Demonteer de stekker van de sensor. Op het moment dat er geen onderbreking in de draad aanwezig was, dan zouden we de 4,98 volt vanaf de ECU in de gedemonteerde stekker meten. Nu meten we op pin 4 van de ECU 4,98 volt, maar in de gedemonteerde stekker 0 volt.

In dit geval kunnen we dus al concluderen dat de signaaldraad onderbroken is.

Bij een onderbroken signaaldraad bedraagt de spanning op de signaalingang van de ECU ongeveer 5.0 volt. Op de pagina: sensortypes en signalen, in de paragraaf: “spanningsvoorziening en signaalverwerking” kun je lezen hoe de ECU het signaal van de actieve sensor verwerkt. Met die kennis kunnen je beter begrijpen hoe we om kunnen gaan met storingen zoals de onderbroken signaaldraad. 

De spanning van 4,98 volt wordt in de ECU gegenereerd. Tussen de plusdraad (afkomstig van de 78L05) en de ADC zitten een aantal weerstanden welke de signaalspanning naar 5 volt trekken op het moment dat er geen spanning via de signaal-aansluiting binnen komt. De ADC meet deze spanning en verwerkt deze spanning naar een digitaal signaal. De ECU ontvangt dus een signaal over een spanning welke buiten bereik is en genereert een foutcode.

Let op: bij een soortgelijke storing bedraagt de spanning niet altijd exact 4,98 of 5,0 volt! 
Op de pagina: Casus: storing brandstofdruksensor – kortsluiting met plus staat een storing beschreven waar deze spanningswaarde afwijkt.

Storing 2 – Onderbroken voedingsdraad:
Tussen het knooppunt van de plusdraad tussen de drie sensoren en de stekker van de sensor bevindt zich een onderbreking. De voedingsspanning van 5 volt kan de sensor nu niet bereiken. Zonder voedingsspanning en massa kan de sensor niet functioneren.

Omdat we in de vorige meting de voeding en massa op de stekker hadden gemeten, moeten we nog wel uitsluiten welke van de twee draden een probleem heeft. We meten daarom de plus op een andere sensor in hetzelfde pluscircuit. Op de ECU kan uiteraard ook, indien er een breakout-box voorhanden is.

Op pin 1 van sensor A ten opzichte van de massa van sensor B meten we 5 volt. Dat betekent dat de massa van sensor B in orde is.

Wanneer er door de onderbroken voedingsdraad geen stroom door de elektronica van de actieve sensor loopt, meten we een spanning van 4,98 volt op de signaalingang van de ECU. We hebben een soortgelijke situatie als met de onderbroken signaaldraad: de interne weerstanden in de ECU trekken de signaalspanning omhoog: naar 4,98 volt. Omdat de signaaldraad in dit geval wél in orde is, meten we de spanning van 4,98 volt ook op de stekker van de sensor.

In de gevallen waarbij de spanning net boven de 5,0 volt is, kan de spanning van de spanningsstabilisator omhoog zijn gelift. Zie daarvoor de paragraaf: “spanningsvoorziening en signaalverwerking” op de pagina: “sensortypes en signalen“.

Storing 3 – Onderbroken massadraad:
In dit geval is niet de plus, maar de massadraad onderbroken. Er komt wel een voedingsspanning van 5 volt aan bij de sensor, maar omdat we ten opzichte van een onderbroken draad meten, heeft de voltmeter geen referentiespanning en geeft hij 0 volt aan.

Bij het verplaatsen van de min-meetpen naar de massa van de carrosserie of de accu, geeft de voltmeter wel 5 volt aan.

Wanneer we op de min-meetpen op de massa-aansluiting van sensoren A en C aansluiten, moeten we ook 5 volt verschil meten. Zouden we in pin 2 van sensor A wél 5 volt, maar bij sensor C géén 5 volt meten, dan bevindt de onderbreking zich in de draad tussen sensor A en B, dus tussen de twee eerste knooppunten in.

Net als bij de onderbroken signaal- en plusdraad, meten we ook nu een spanning van 4,98 volt op de signaaldraad.

Storing 4 – Overgangsweerstand:
In de vorige paragraaf werd er al gesproken over spanningsverlies als gevolg van een overgangsweerstand. In het volgende schema zien we een weerstand in de voedingsdraad. Op het moment dat er stroom door de voedingsdraad loopt, zorgt de overgangsweerstand voor een (vermoedelijk) te lage spanning op pin 1 van stekker B. We meten namelijk 4 volt i.p.v. de 5 volt die we verwachtte te meten.

De opgeslagen DTC-beschrijving kan in dit geval zijn: “signaal onderste grenswaarde onderschreden”.

Als we pin 1 van stekker B t.o.v. pin 1 van stekker C meten, zouden we een verschil van (5-5) = 0 volt moeten hebben. We zien nu 1 volt verschil.

Omdat het spanningsverlies alleen in de draad van sensor B en niet van sensor C aanwezig is, kunnen we er vanuit gaan dat de draad tussen het knooppunt van de horizontale draad in het schema en de stekker niet in orde is.

Storing 5 – Kortsluiting tussen voedings- en signaaldraad:
Een mogelijke storing in de bedrading is kortsluiting. Kortsluiting komen we tegen in de volgende situaties:

  • tussen de voedingsdraad en de signaaldraad (plussluiting);
  • tussen de massadraad en de signaaldraad (massasluiting);
  • tussen één van de drie draden met elkaar en / of met de carrosserie (massasluiting);

In dit schema zien we kortsluiting tussen de signaaldraad en de plusdraad (plussluiting). We meten een signaalspanning die gelijk is aan de voedingsspanning van 5 volt.

Bij het meten van 5 volt op pin 3 van de sensor en pin 4 van de ECU, kan het probleem zich intern in de sensor bevinden. Om dat uit te sluiten, controleren we met een Ohm-meter kortsluiting in de bedrading. Om een veilige en correcte meting te verkrijgen, schakelen we de ECU uit, demonteren de stekker van de ECU én demonteren we de stekkers van de sensoren die met de knooppunten met elkaar zijn verbonden. Doordat er kortsluiting aanwezig is, meten we met de Ohm-meter een verbinding. 

Deze bedraagt in dit geval 0,0 Ohm omdat de draden verbinding met elkaar maken. In werkelijkheid kan deze waarde een paar Ohm hoger uitvallen. Wanneer er geen kortsluiting aanwezig is, geeft de ohmmeter OL of 1. aan (oneindig hoge weerstand) omdat er geen elektrische verbinding tussen de draden en meetpennen is.

Storing 6 – Kortsluiting tussen voedings- en massadraad:
Bij een kortsluiting tussen de voedings- en massadraad schakelt de ECU de voeding van pin 1 uit. Alle sensoren die door pin 1 worden gevoed, zullen niet meer functioneren. Er zullen dus storingscodes worden opgeslagen over meerdere sensoren.

Op de signaaldraad meten we ook in dit geval een spanning van 5,0, welke afkomstig is van de ECU.

Om uit te sluiten of we te maken hebben met kortsluiting, demonteren we net als in de vorige paragraaf de stekkers van zowel de ECU als van alle sensoren in het desbetreffende circuit. Met een ohmmeter meten de de weerstand tussen de rode en bruine draden.

Storing 7 – Onderbroken PWM-signaaldraad:
Tot nu toe hebben we het gehad over analoge spanningen die met een multimeter kunnen worden gemeten. In het geval het een digitaal signaal is, volstaat een multimeter niet meer. We gebruiken dan de oscilloscoop. De volgende tekst gaat over de oscilloscoop in de onderstaande afbeeldingen. We zien hier de Fluke 124 met een aangepaste schermweergave.

De aanleiding om deze meting te verrichten, is de storingsbeschrijving die uit de storingscode kan worden vertaald. De beschrijving luidt: “sensorsignaal onderbroken”.

In het scoopbeeld is een constante spanningslijn te zien van 0 volt. Dat betekent dat er geen spanningsverschil is tussen de meetprobes. Heb je gemeten dat de plus- en massadraden van de sensor goed zijn (pin 2 t.o.v. 1), in dit geval rond de 13 volt, is er iets met de signaaldraad aan de hand. Let erop dat de sensor op twee manieren de informatie kan doorsturen:

  1. De sensor zendt een positieve spanning naar de ECU (meestal een analoge spanning;
  2. De ECU zendt een spanning, welke door de sensor op een tijdsbasis telkens aan massa wordt gelegd (d.m.v. PWM; een digitaal signaal).

In het voorbeeld is de signaalspanning aan de sensorzijde 0 volt, dus we gaan uit van manier 2.

Omdat de signaaldraad onderbroken is, krijgt de sensor geen spanning vanaf de ECU.

We meten pin 4 van de ECU ten opzichte van pin 1 van de stekker. De spanning bedraagt 12 volt. Met deze metingen hebben we vastgesteld dat de sensoringang van de ECU in orde is.

De ECU zendt klaarblijkelijk een constante spanning, maar deze komt niet bij de sensor aan. De sensor heeft dus geen spanning om aan massa te schakelen.

Bij de volgende meting sluiten we de meetpennen aan weerskanten van de signaaldraad aan. Hiermee bepalen we het spanningsverschil in actieve toestand over de draad. De spanning moet in een storingsvrije situatie 0 volt bedragen. Echter, bij het actieve deel van de blokspanning zien we een spanning van 12 volt. Wanneer we de volledige voedingsspanning in het maximaal positieve deel van de blokspanning meten, dan hebben we in de meeste gevallen te maken met een onderbroken draad. Dit is nu ook het geval: de uitgangsspanning van de ECU (pin 4 t.o.v. massa) is namelijk 12 volt.

Verder zien we in het lage deel van de blokspanning een afwijking: de spanningslijn daalt naar ongeveer 5 volt, blijft 10 milliseconden lang constant met een rimpel, en vervolgens weer stijgt naar 12 volt. Doordat de oscilloscoop nu in serie staat tussen de pull-upweerstand in de ECU en de pull-downweerstand in de sensor, ontstaat er een serieschakeling. De scope heeft een hoge interne weerstand, welke invloed heeft op het signaal. Het signaal is om deze reden niet bruikbaar.

Alhoewel de belaste voltmeting voldoende is voor een goede diagnose, kan het geen kwaad om met een weerstandsmeting aan te tonen dat er daadwerkelijk een verbroken verbinding is in de draad. In dit geval meten we een oneindig hoge weerstand (OL of 1.)

Na de reparatie van de signaaldraad meten we opnieuw signaalspanning ten opzichte van de massa. Let op: we meten hier ten opzichte van massa, dus het “actieve” gedeelte van de sensor in het PWM-signaal is nu omgekeerd…
We zien in dit scoopbeeld dat:

  • de hoogte van de spanning maximaal 12 volt bedraagt. Hier is de sensor níet actief: de spanning op de signaaldraad wordt niet naar massa getrokken.
  • de spanning daalt tot 1 volt. Hier is de sensor wél actief: de sensor legt de spanning vanuit de ECU via de sensorelektronica aan massa.

In de sensor zit een elektronische schakeling die nog 1 volt gebruikt. Met deze spanning kan de ECU tevens herkennen dat de sensor goed inschakelt. De ECU kan uit de spanningshoogtes bepalen of de sensor goed functioneert:

  • spanning over een langer tijdsbestek is gelijk of hoger dan 12 volt:
    ECU herkent een onderbreking of plussluiting;
  • spanning lager dan 1 volt: ECU herkent een massasluiting.

Reparatie van een onderbroken plusdraad:
Van de vijf storingen die in de vorige paragrafen zijn beschreven kunnen deze in de meeste gevallen redelijk makkelijk worden verholpen.

Knip de draad van de draad met de onderbreking of overgangsweerstand zo kort mogelijk in de kabelboom af.
Breng zo nodig isolatie aan. Zoek de dichtstbijzijnde sensor die in hetzelfde stroomcircuit is aangesloten. Bij actieve sensoren vind je dat gemakkelijk terug in een elektrisch schema. In het schema is de dichtstbijzijnde sensor C. Soldeer netjes een nieuwe draad aan de plusdraad.

Werk altijd met krimpkousjes om toekomstige problemen door het indringen van vocht te voorkomen. Plak je dit met isolatietape dicht, dan ontstaan er binnen afzienbare tijd nieuwe problemen!