Verlichting Elektra Elektronica Thermomanagement Verkoopondersteuning Technische service Onze ideeën, uw succes Bobines in het motorvoertuig Functie, diagnose, foutopsporing. Ideeën voor de auto van de toekomst
Verlichting Elektriciteit Elektronica Thermo Management Verkoopondersteuning Technische service Onze ideeën, uw succes Bobines in het motorvoertuig Functie, diagnose, foutopsporing. Ideeën voor de auto van de toekomst
Inhoud Bladzijde 2 Opbouw van een bobine 3 Bobines voor ontstekingsinstallaties met roterende hoogspanningsverdeling, dubbelvonkbobines 4 Dubbelvonkbobines, viervonkenbobines 5 Enkelvonkbobines 6 Mogelijke uitvaloorzaken, diagnose 6 7 Diagnose 8 13 Praktijkvoorbeeld over foutdiagnose 13 Veiligheidsvoorschriften 14 15 Foutzoekdiagram bobines Bronvermelding: afbeeldingen (1 6 bewerkt) uit Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, 28e opl. 2004, uitgeverij Europa-Lehrmittel. Opbouw van een bobine De opbouw van een traditionele bobine lijkt in principe op die van een transformator. De taak van de bobine bestaat erin uit een lage spanning een hoogspanning induceren. De essentiële bestanddelen zijn, naast een ijzerkern, de primaire wikkeling, de secundaire wikkeling en de elektrische aansluitingen. De gelamelleerde ijzerkern moet het magneetveld versterken. Rond deze ijzerkern is een dunne secundaire wikkeling gelegd. Deze bestaat uit een ca. 0,05 0,1 mm dikke, geïsoleerde koperdraad met 50.000 wikkelingen. De primaire wikkeling bestaat uit een gelakte ca. 0,6 0,9 mm dikke koperdraad en is over de secundaire wikkeling gewikkeld. De Ohmse weerstand van de spoel bedraagt primair ca. 0,2 3,0 Ω en secundair ca. 5 20 kω. De windingsverhouding van primaire tot secundaire wikkeling bedraagt 1:100. De technische opbouw kan naargelang het gebruiksbereik van de bobine variëren. Afb. 1: Opbouw van een bobine 1. IJzerkern 2. Isolatiemassa 3. Gietmassa 4. Secundaire wikkeling 5. Primaire wikkeling 6. Rompplaat 7. Bevestigingsklem 8. Behuizing 9. Hoogspanningsveercontact 10. Isolatiedeksel 11. Isolatiemateriaal 12. Hoogspanningsuitgang A. Klem 15 B. Klem 4 C. Klem 1 De elektrische aansluitingen worden bij een conventionele bobine met klem 15 (spanningstoevoer), klem 1 (startonderbreker) en klem 4 (hoogspanningsaansluiting) aangegeven. De primaire wikkeling is met de secundaire wikkeling via een gezamenlijke wikkelingsaansluiting met klem 1 verbonden. Deze gezamenlijke verbinding wordt als spaarschakeling omschreven en wordt gebruikt, om de vervaardiging van de spoel te vereenvoudigen. De door de primaire wikkeling stromende primaire stroom wordt via de startonderbreker in- of uitgeschakeld. De hoogte van de stroom wordt door de weerstand van de spoel en door de aangelegde spanning aan klem 15 bepaald. De door de onderbreker veroorzaakte zeer snelle stroomrichting verandert het magnetisch veld in de spoel en induceert een spanningsimpuls, die door de secundaire wikkeling tot een hoogspanningsimpuls getransformeerd wordt. Deze komt door de ontstekingskabel naar de vonkafstand van een bougie, om in een ottomotor het brandstof-luchtmengsel te ontsteken. De hoogte van de geïnduceerde hoogspanning is afhankelijk van de snelheid van de magnetische veldwijziging, het aantal windingen van de secundaire spoel en de sterkte van het magnetisch veld. De openingsinductiespanning van de primaire wikkeling bedraagt tussen 300 en 400 Volt. De hoogspanning van de secundaire spoel kan naargelang de bobine tot 40 KV bedragen. 2
Bobines voor ontstekingsinstallaties met roterende hoogspanningsverdeling Deze bobines worden bij voertuigen met ontstekingsverdeler in contactgestuurde of transistorgestuurde ontstekingsinstallaties gebruikt. De driepolige elektrische aansluiting komt overeen met die van een conventionele bobine. Het primaire stroomcircuit krijgt via klem 15 de spanningstoevoer. Aan klem 1 van de bobine wordt de startonderbreker aangesloten en voorziet de primaire wikkeling van massa. De hoogspanningsleiding van de ontstekingsverdeler wordt aan klem 4 aangesloten. Terwijl bij oudere voertuigen nog conventionele bobines gebruikt worden, gebruikt men nu bij voertuigen met transistorontsteking bobines met geïntegreerde ontstekingsmodules. 15 1 4 Afbeelding: bobine Dubbelvonkbobines Dubbelvonkbobines worden bij ontstekingsinstallaties met statische hoogspanningsverdeling ingebouwd. Deze bobines gebruikt men bij motoren met een even aantal cilinders. De primaire wikkeling en de secundaire wikkeling van de dubbelvonkbobine hebben beide twee aansluitingen. Afb. 2: Dubbelvonkbobine 1. Hoogspanningsaansluitingen 2. Laagspanningsaansluiting 3. Secundaire wikkeling 4. Primaire wikkeling 5. IJzerkern De primaire wikkeling is aan klem 15 met de spanningstoevoer (plus) en aan klem 1 (massa) met de eindtrap van het ontstekingsschakel- of stuurapparaat verbonden. De secundaire wikkeling is met de uitgangen (4 en 4a) aan de bougies aangesloten. Bij deze systemen worden telkens twee bougies door een bobine van hoogspanning voorzien. Omdat de bobine twee vonken tegelijk opwekt, moet zich een bougie in de arbeidsslag van de cilinder en de andere met 360 gedraaid, in de uitlaatslag bevinden. Bij een viercilindermotor zijn bijvoorbeeld cilinders 1 en 4, evenals cilinder 2 en 3 samen op een bobine aangesloten. De bobines worden aangestuurd door de ontstekingseindtrappen in het stuurapparaat. Dit ontvangt van de krukassensor het BDP-signaal, om met de aansturing van de juiste bobine te beginnen. 3
Dubbelvonkbobine Afb. 3: Ontstekingssysteem met dubbelvonkbobine 1. Ontstekingsstuurapparaat 2. Bobine 3. Bougies Viervonkenbobines Viervonkenbobines vervangen twee dubbelvonkbobines bij viercilindermotoren. Deze bobines bezitten twee primaire wikkelingen, die telkens door een eindtrap van het stuurapparaat aangestuurd worden. De secundaire wikkeling is slechts eenmaal voorhanden. Aan de uitgangen zijn telkens twee aansluitingen voor de bougies die via diodebruggen tegengesteld geschakeld zijn. Afb. 4: Ontstekingssysteem met viervonkenbobine 1. Ontstekingsstuurapparaat 2. Bobine 4
Enkelvonkbobines Bij systemen met enkelvonkbobines is aan elke cilinder een bobine met primaire en secundaire wikkeling toegekend. Deze bobines zijn doorgaans direct aan de cilinderkop boven de bougie ingebouwd. Ook deze bobines zijn met de primaire wikkeling aan klem 15 (spanningstoevoer plus) en klem 1 (massa) met het stuurapparaat verbonden. De secundaire wikkeling is met de uitgang van klem 4 aan de bougie aangesloten. Indien er ook een klem 4b voorhanden is, wordt deze aansluiting voor de bewaking van misfire gebruikt. De aansturing gebeurt in een door het stuurapparaat vastgelegde volgorde. De schakeling van een enkelvonkbobine komt overeen met die van een traditionele bobine. Bovendien wordt in het secundaire stroomcircuit een hoogspanningsdiode ter onderdrukking van de zogeheten sluitvonk ingezet. De ongewenste vonk die bij het inschakelen van de primaire wikkeling door de zelfinductie in de secundaire wikkeling ontstaat, wordt door deze diode onderdrukt. Dat is mogelijk, aangezien de secundaire spanning van de sluitvonk een tegengestelde polariteit als de ontstekingsvonk heeft. In deze richting blokkeert de diode. Afb. 5: Enkelevonkbobine 1. Laagspanningsaansluiting 2. Secundaire wikkeling 3. Hoogspanningsaansluiting 4. Bougie 5. Primaire wikkeling 6. IJzerkern Bij enkelvonkbobines wordt de tweede uitgang van de secundaire wikkeling via de klem 4b op massa gelegd. Voor de ontstekingsbewaking wordt in de massaleiding een meetweerstand ingebouwd, die het spanningsverlies, dat de ontstekingsstroom tijdens de vonkoverslag opwekt, voor het stuurapparaat als meetgrootheid weergeeft. Afb. 6: Ontstekingssysteem met enkelevonkbobines 1. Ontstekingsstuurapparaat 2. Bougies 5
Mogelijke uitvaloorzaken Interne kortsluitingen Oververhitting van de bobine veroorzaakt door het verouderingsproces een defecte ontstekingsmodule of een defecte eindtrap in het bedieningsapparaat. Fout in de spanningstoevoer Door een te lage spanningstoevoer stijgt de laadtijd van de spoel, dit kan tot voortijdige slijtage of tot overbelasting van het ontstekingsschakelapparaat of de eindtrappen in het bedieningsapparaat leiden. Een defecte bedrading of een zwakke accu kan daarvan de oorzaak zijn. Afbeelding: kortsluiting Mechanische beschadigingen Beschadigingen van de ontstekingskabels door marterbeten. Een defecte klepdekselpakking en de daarbij naar buiten komende motorolie kunnen de isolatie bij bougieschachtbobines beschadigen. Beide oorzaken leiden tot een vonkoverslag en dus tot vroegtijdige slijtage. Afbeelding: contactfout Contactfout Overgangsweerstanden in de bedrading door indringend vocht in het primaire en secundaire circuit, vaak ook versterkt veroorzaakt door een motorwasbeurt of in de winter door het gebruik van strooizout. Een storing kan als volgt merkbaar worden: Motor springt niet aan Voertuig heeft ontstekingsuitval Slechte versnelling of prestatieverlies Motorbedieningsapparaat schakelt in noodloop Motorcontrole licht op Opslaan van een foutcode Afbeelding: uitval Diagnose Gedemonteerde toestand Voor de controle van de bobine zijn er verschillende mogelijkheden: weerstandwaarden van de spoelen met de ohmmeter controleren. Naargelang de ontstekingsinstallatie en bouwvorm van de bobine gelden de volgende richtwaarden: (gegevens van de fabrikant in acht nemen) Cilinderbobine (transistorontsteking) Primair: 0,5 Ω 2,0 Ω Secundair: 8,0 kω 19,0 kω 6
Gedemonteerde toestand Cilinderbobine (elektronische ontstekingsinstallatie met kenveldontsteking) Primair: 0,5 Ω 2,0 Ω Secundair: 8,0 kω 19,0 kω Enkelvonk- of dubbelvonkbobine (volelektronische ontsteking) Primair: 0,3 Ω 1,0 Ω Secundair: 8,0 kω 15,0 kω Praktijktip Opmerking: Indien in een bobine een hoogspanningsdiode voor vonkenonderdrukking ingebouwd is, is een weerstandsmeting van de secundaire spoel niet mogelijk. In dit geval kunnen de volgende mogelijkheden een oplossing bieden: Aansluiten van een voltmeter in serie met de secundaire wikkeling van de bobine aan een accu. Als de accu in doorlaatrichting van de diode aangesloten wordt, moet de voltmeter een spanning weergeven. Na het ompolen van de aansluitingen in sperrichting van de diode mag er geen spanning meer getoond worden. Als in beide richtingen geen spanning getoond wordt, kan men van een onderbreking in het secundaire bereik uitgaan. Als in beide richtingen een spanning getoond wordt, is de hoogspanningsdiode defect. Ingebouwde toestand De volgende controles kunnen toegepast worden: Controle van de bobine op mechanische beschadigingen. Behuizing op haarscheurtjes of naar buiten komen van gietmassa controleren. Elektrische bedrading en aansluitstekkers op beschadigingen of oxidatie controleren. Spanningstoevoer van de bobine controleren. Foutcodes met diagnoseapparaat uitlezen. Motorregelingen met ontstekingsbewaking. Weergave van het hoogspanningsverloop met oscilloscoop of ontstekingsoscilloscoop. Bij alle testwerkzaamheden aan de ontstekingsinstallatie mag niet buiten beschouwing gelaten worden, dat fouten die tijdens een controle met de oscilloscoop vastgesteld worden, niet uitsluitend aan een probleem met de elektronica te wijten zijn, maar ook in het mechanische bereik van de motor hun oorzaak kunnen hebben. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn, als bij een cilinder de compressie te laag is en daardoor de getoonde ontstekingsspanning op de oscilloscoop niet zo hoog is, als bij de andere cilinders. Opmerking: Hoewel bij moderne voertuigen motormanagementsystemen, die kunnen diagnosticeren, gemonteerd zijn, is het gebruik van multimeters of oscilloscoop bij de controle van ontstekingsinstallaties noodzakelijk. Om de getoonde meetresultaten of afbeeldingen juist te interpreteren is meestal een bijkomende opleiding van de medewerkers noodzakelijk. Een belangrijke voorwaarde voor een succesvolle diagnose is een zorgvuldige zichtcontrole bij het begin van de foutopsporing. 7
Praktijkvoorbeeld over foutdiagnose In het volgende voorbeeld Ontstekingsfout willen wij u de diagnose van een dubbelvonkbobine tonen. Voertuig: Alfa Romeo 147 1.6 TS met dubbele ontsteking. Iedere cilinder beschikt over een hoofd- en een nevenbougie. De aansturing van de bobines gebeurt door de ontstekingseindtrappen die in het motorbedieningsapparaat geïntegreerd zijn. Diagnosevoorwaarde Motormechanica, accu, startinrichting en brandstofsysteem in orde. Klantenopmerking De klant meldt een functiestoring van het motorbesturingssysteem Waarschuwingsinformatie in het combi-instrument: Fout: motorbewakingssysteem Praktijktip Voor u met de diagnose begint, moet u het volgende in acht nemen: Om het voertuig juist te kunnen indelen, is het belangrijk, dat de voertuigdocumenten bij de opdracht gevoegd werden (inschrijvingsbewijs). Controleer de accuspanning. Een slechte spanningstoevoer kan tot een systeemuitval, verkeerde metingen of spanningsuitval leiden. Controleer de betreffende zekeringen. Een blik in de zekeringskast kan soms de eerste foutbron aan het licht brengen. Foutopsporing 1. Gebruik van het diagnoseapparaat Diagnoseapparaat aan de pin 16 van de OBD stekker aansluiten. Naargelang het merk en de productiedatum van het voertuig, kan het mogelijk zijn, dat een andere diagnose-aansluiting en een extra adapter gebruikt moeten worden. 8
Volgende toepassingen aan het diagnoseapparaat uitvoeren: Programma selecteren Voertuig selecteren Brandstoftype selecteren Model selecteren Voertuigtype selecteren Gewenste functie selecteren Systeem selecteren Naargelang het gebruikte diagnoseapparaat kunnen hier bijkomende veiligheidsvoorschriften getoond worden. Foutdiagnose starten Om de communicatie met het bedieningsapparaat op te bouwen, is naast de correcte aansluitstekker ook een voldoende accuspanning nodig. Onvoldoende toevoerspanning van het bedieningsapparaat kan een teken van een defect aan de bedrading of aan de accu zijn. 2. Foutcode uitlezen Hier werd de fout PO303 aangegeven. Verbranding cilinder 3 Verbrandingsuitval cilinder 3 herkend 3. Details analyseren Hier worden bijkomende verwijzingen naar een mogelijke foutoorzaak aangegeven. Ontsteking vertoont fouten Injector vertoont fouten ECU defect Opmerking: Indien meerdere foutcodes getoond worden, eerst de fout wissen. Daarna met aangesloten diagnoseapparaat een testrit uitvoeren. Parameters bekijken en foutcode uitlezen. 9
4. Foutoorzaak bepalen Voorbereidingen voor de diagnose aan de motor Bijkomende vereiste diagnoseapparaten zoals multimeter of oscilloscoop beschikbaar houden Technische documenten zoeken Motorafdekking verwijderen (indien voorhanden) 5. Zichtcontrole uitvoeren Voor men met de eigenlijke diagnose begint, moet men, voor zover zichtbaar, de motorkabelboom en de aansluitstekkers op beschadigingen controleren. Knikken, een ontbrekende trekontlasting of de zogeheten marterbeet aan de kabelboom kunnen hier een mogelijke oorzaak zijn. 6. Spanningstoevoer bobine cilinder 3 controleren Aansluitstekker aan de bobine lostrekken Spanningsmeting aan de kabelboomzijdige tweepolige stekker uitvoeren Rode kabel van de multimeter aan PIN 2 (+), zwarte kabel aan motormassa (-) aansluiten. Ontsteking inschakelen. Hier moet een spanning van meer dan 10,5 Volt gemeten worden. Getoonde meetwaarde: 11.84 Volt. Meting in orde. Praktijktip Om de spanningstoevoer onder belasting te controleren, is het raadzaam de meting bij het bedienen van de starter te herhalen. Om het onnodige inspuiten van brandstof te verhinderen is het noodzakelijk alle stekkers van de injectiekleppen vooraf los te trekken. 10
7. Primaire aansturing bobine cilinder 3 controleren Stekker van de bobine lostrekken Oscilloscoop aansluiten. Meetstaven aan PIN 1 en PIN 2 met de tweepolige aansluitstekker verbinden Aansluitstekkers van de injectoren lostrekken Motor starten Hier moet op de oscilloscoop duidelijk een signaal zichtbaar zijn. In dit voorbeeld is de meting succesvol. 8. Bobine voor verdere controle demonteren. Stekker van de bobine lostrekken Hoogspanningskabel voor tweede bougie lostrekken Bevestigingsschroeven verwijderen Bobine loodrecht en parallel aan de bougieschacht uittrekken Om beschadigingen van de bougiestekker te vermijden, moeten draaibewegingen van de bobine absoluut vermeden worden. Praktijktip Bougieschacht op verontreinigingen door olie en waterinstroming controleren. Bougies demonteren en controleren. 11
9. Weerstandmeting uitvoeren Gedemonteerde bobine met de multimeter controleren. Voor de meting van de primaire wikkeling een ohmmeter direct aan de componentenstekker PIN 1 en PIN 2 aansluiten. Instelwaarde: 0,3 Ω 1,0 Ω Werkelijke waarde: 0,5 Ω (in orde) Voor de meting van de secundaire spoel teststaven direct aan de hoogspanningsuitgangen van de bobine meten. Instelwaarde: 8,0 kω 15,0 kω Werkelijke waarde: (onderbreking secundaire spoel) Houd in deze context altijd rekening met de gegevens van de voertuigfabrikant. Praktijktip De bobines in dit voertuig zijn identiek en kunnen als test onderling verwisseld worden. 10. Bobine vernieuwen Hier moet op de juiste positie van de bougiestekker en van de hoogspanningskabel voor de tweede bougie, gelet worden. Bobine met de bevestigingsschroeven bevestigen. Daarna alle aansluitstekkers van de bobine en de stekkers van de injectoren aansluiten. 12
11. Foutopslag wissen Door de diagnosewerkzaamheden werden door het bedieningsapparaat bijkomende fouten herkend. Deze moeten voor de testrit gewist worden. 12. Functiecontrole uitvoeren Testrit met aangesloten diagnoseapparaat uitvoeren. Daarna de foutopslag opnieuw uitlezen. Opmerking: Houd bij alle test- en diagnosewerkzaamheden, indien mogelijk, altijd rekening met de gegevens van de voertuigfabrikant. Hier kunnen, naargelang de fabrikant, bijkomende voertuigspecifieke testmethodes bestaan waarmee rekening gehouden moet worden. Veiligheidsvoorschriften Het werken aan elektronische ontstekingsinstallaties kan bij contact met de spanningvoerende componenten levensgevaarlijke letsels veroorzaken. Dit geldt niet alleen voor het hoogspanningvoerende secundaire bereik, maar ook voor de primaire stroomkring. Test- en reparatiewerkzaamheden mogen daarom uitsluitend door geschoold personeel uitgevoerd worden. Houd rekening met de volgende veiligheidsvoorschriften: Ontstekingskabel, verdeelkap en bougiestekker bij lopende motor niet aanraken of uittrekken. Bedieningsapparaten, aansluitstekkers en aansluitkabels uitsluitend bij uitgeschakelde ontsteking aansluiten of loskoppelen. Motorwasbeurt uitsluitend bij motorstilstand en uitgeschakelde ontsteking uitvoeren. Bij alle controles aan de ontstekingsinstallatie die het draaien van de motor met startertoerental vereisen, moet ter bescherming van de katalysator de spanningstoevoer van de injectoren onderbroken worden. 13
Foutzoekdiagram ontstekingsspoel met geïntegreerd ontstekingsschakelapparaat (ontstekingsmodule) Voorbeeld: VW/motorcode APQ, Motronic MP 9.0. Diagnosevoorwaarde: motormechanica, accu, startinstallatie en brandstofsysteem in orde. Ontstekingskabel tussen bobine en ontstekingsverdeler uit de verdeelkap trekken. Vonkafstand**** tussen kabel en motormassa bepalen. Om de katalysator niet te beschadigen, stekker aan de injectoren lostrekken. Starter bedienen. Starter draait, motor springt niet aan START Ontstekingsvonk zichtbaar? ja neen neen Bedrading op losse aansluitstekkers, kabelbreuken, loszittende contacten en oxidatie controleren. Ok? ja 3-polige stekker aan ontstekingsmodule uittrekken. Spanningstoevoer tussen klem 1 ( ) en klem 3 (+) controleren. Ontsteking AAN: Instelwaarde: >10,5 Volt Starter bedienen: Instelwaarde >9,0 Volt neen Ok? ja Leidingen tussen stekkerklem 1. en voertuigmassa, stekkerklem 2 en ECU** klem 24 en stekkerklem 3 en spanningstoevoer (ontsteking klem 15) controleren. Onderbrekingen oplossen. Defecte onderdelen herstellen of vervangen. ja Aanstuursignaal* tussen stekker klem 2 en ECU** klem 24 controleren. Starter bedienen, instelwaarde: rechthoeksignaal >3,5 Volt Ok? neen Ontstekingsmodule neen Hallgever in de ontstekingsverdeler controleren 3-polige stekker lostrekken. Spanningstoevoer tussen klem 1 ( ) en klem 3 (+) controleren. Ontsteking AAN: Instelwaarde >10 Volt Ok? ja Verder met A Verder met B Verder met C Verder met D 14
A B C D Leidingen tussen Hallgever klem 1 en ECU** klem 17 Hallgever klem 2 en ECU** klem 13 Hallgever klem 3 en ECU** klem 8 controleren evt. leidingsonderbrekingen herstellen. ja Aanstuursignaal* tussen stekker klem 2 en ECU** klem 13 controleren. Stekker aangesloten, Starter bedienen. Instelwaarde: rechthoeksignaal > 3,5 Volt Ok? neen Motronic ECU vervangen *** Indien er geen fout aan de elektrische aansluiting van de hallgever vastgesteld wordt, moet de hallgever vervangen worden. Secundaire stroomkring controleren. Ontstekingskabel, verdeelkap, verdelerrotor, bougiestekker en bougies controleren, evt. defecte onderdelen vernieuwen. Functiecontrole evt. foutopslag in het Motronic ECU wissen. * Oscilloscoop gebruiken ** Motronic ECU *** Reparatievoorschriften van de voertuigfabrikant in acht nemen. **** Om de eindtrap van de ECU te beschermen, is het raadzaam tussen de bobine en het vonktraject een weerstand van >3 kohm te monteren. EINDE 15
Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt 9Z2 999.527-973 TT/07.09/1.5 Printed in Germany Hella BV Celsiusbaan 2, Postbus 1398 3430 BJ Nieuwegein Tel.: 0306095611 Telefax: 0306051677 E-Mail: nl.info@hella.com Internet: www.hella.nl Ideeën voor de auto van de toekomst
Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt 9Z2 999.527-974 TT/07.09/1.0 Printed in Germany Hella N.V. Industrieweg 1 2630 Aartselaar T 03-8879721 F 03-8875618 E be.info@hella.com I www.hella.be Ideeën voor de auto van de toekomst