Luchtmassasensor in Ford B-Max geeft storing

Een relatief nieuw type luchtmassasensor, die alleen te vinden is in Ford EcoBoost-motoren, geeft een foutcode. Deze sensor heeft vier draden en is met 12 V gevoed via dezelfde zekering die ook de brandstofpomp van voeding voorziet. AA-Equipment Support pakt de scope erbij en probeert te achterhalen wat de oorzaak van deze storing is. De luchtmassasensor is gemonteerd in een 1.0 3-cilinderbenzinemotor in een Ford B-MAX uit 2014, met turbo. Het motormanagementlampje brandt en we krijgen foutcode P0102 ‘Te lage spanning circuit luchtmassasensor’. Eerst controleren we de stekker van de sensor. Is deze goed aangesloten en zijn de pennen in orde? Vervolgens meten we de weerstand van de pennen met een break-out-kabel.

Er blijkt iets mis met de verbinding van één van de pennen. Dat wekt bij ons de indruk dat er eerder aan de pennen is gemeten. Navraag bij de klant leert dat de luchtmassasensor al is vervangen, wat het geheel nog raadselachtiger maakt. Gelukkig hebben we nog de beschikking over het oude exemplaar en blijkt dat de vervanging geen oplossing geboden heeft voor het probleem. De vervangende sensor is niet origineel, maar een aftermarket-onderdeel. Uiterlijk geheel identiek, alleen de naam van de fabrikant is weggeslepen. Voorzichtigheid is geboden bij het gebruik van aftermarketsensoren, deze kunnen verschillen en het signaal verstoren.

Makkie?

Nadat we de stekker hebben losgemaakt, verwijderen we de pen en controleren deze op eventuele beschadigingen. Aangezien er sprake is van een onderbreking, kan het een relatief gemakkelijke reparatie worden. Nadat we de pen op de juiste manier hebben gepositioneerd, monteren we de stekker en sluiten hem weer aan. De bedrading ervan is in orde. Helaas, de storing doet zich nog steeds voor.

Eén van de pennen wijkt af en geeft de indruk dat er al eerder naar de kabel gekeken is.

De pen wordt vervangen en de stekker gemonteerd en aangesloten.

Raadplegen bedradingsschema

We bestuderen het bedradingsschema (zie figuur 1). Zoals eerder genoemd, heeft deze luchtmassasensor vier draden. Niet uitzonderlijk voor een sensor die uitsluitend een luchtmassasensor is. Maar net als alle andere moderne luchtmassasensoren, bevat deze sensor ook een inlaatluchttemperatuursensor. Dit type sensor heeft meestal zes draden, maar ‘onze’ sensor slechts vier. Vreemd genoeg wordt wel dezelfde stekker gebruikt als bij een sensor met zes draden.

Uit het bedradingsschema komen meer ongewone aspecten naar voren. De meeste luchtmassasensoren met zes draden hebben de volgende aansluitingen: 12 V (accu), 5 V van de PCM, retoursignaal luchtmassa naar PCM, 5V-signaal inlaatluchttemperatuur, retoursignaal inlaatluchttemperatuur en massa. Zoals op het schema te zien, heeft deze sensor de volgende aansluitingen: 12V-voeding, massa en twee retoursignalen voor luchtmassa en inlaatluchttemperatuur. Ook vreemd is dat de brandstofpomp door dezelfde 12V-voeding wordt gevoed.

Figuur 1: Op het bedradingsschema wordt zichtbaar dat deze sensor de volgende aansluitingen heeft: een 12V-voeding, massa en twee retoursignalen voor luchtmassa en inlaatluchttemperatuur. Ook wordt zichtbaar dat de brandstofpomp door dezelfde 12V-voeding wordt gevoed.

Juichen?

Na bestudering van het schema gaan we meten met een 4-kanaals PicoScope oscilloscoop en kunnen we alle vier de signalen tegelijkertijd bekijken. Met het contact AAN wordt al snel duidelijk dat er geen 12V-voeding voor de luchtmassasensor is. De zekering is in orde, de motor start en draait stationair, waaruit we kunnen opmaken dat de bedrading naar de brandstofpomp gelukkig goed is. We volgen de bedrading om eventuele draadbreuk te lokaliseren. Het zit gelukkig mee. Als we het luchtfilterhuis verwijderen, vinden we een stukje bedrading waarin de breuk zit. Dit wordt snel door ons gerepareerd.

Na reparatie wissen we de storingscodes en controleren we ten slotte nogmaals de voedingsspanning van de luchtmassasensor:12 V! Dit is in orde, mogen we al juichen? Eh… nog niet. Tot onze verbazing krijgen we nieuwe storingscodes, namelijk: P0101 ‘Bereik/prestaties circuit luchtmassasensor’ en P0113 ‘Te hoge ingangsspanning circuit inlaatluchttemperatuursensor 1’.

In elk geval wordt de inlaatluchttemperatuur door de ECU herkend, wat daarvoor niet het geval was. Met de 4-kanaals-oscilloscoop nog aangesloten en het contact AAN gaan we opnieuw kijken wat er aan de hand is. (zie figuur 2) We controleren:

1. de 12V-voeding;
2. de massa van de motor-ECU;
3. de signaallinialen.

We zien dat de accuspanning met draaiende motor 14,7 V bedraagt, maar dat de massa 12 V aangeeft. Dit is niet goed en kan duiden op een onderbreking of in elk geval een grote weerstand. En dat is nog niet alles. De luchtmassasensor is een digitale sensor waarvan het digitale signaal op kanaal D zichtbaar zou moeten zijn.

Figuur 2: Met de 4-kanaals-oscilloscoop nog aangesloten en het contact AAN gingen we opnieuw kijken wat er aan de hand was.

Is het de PCM?

Met een tijdbasis van 2 s/div zouden we een geel blok moeten zien. Hoewel we nog niet begrijpen wat er aan de hand is, is ons wel duidelijk dat er iets niet klopt. Het bovenstaande signaalbeeld biedt geen houvast. We richten vervolgens onze aandacht op het massacircuit. Het vinden van de juiste pen in de motor-ECU is gemakkelijker gezegd dan gedaan. Het blijft lastig om ondersteboven in de voetenruimte van een auto hangend, met een zaklamp tussen de tanden en een testpen in de ene hand, met de andere hand te proberen een draadbundel te pakken die geen enkele speling lijkt te hebben. Om één en ander nog gecompliceerder te maken, blijkt de weerstand in de gemeten draad minimaal (namelijk 0,2).

Bij controle tussen deze draad en de andere draden en massa komt in alle gevallen een onderbreking als resultaat. Nu is er dus nog één component over: de PCM. Niemand wil graag een motor-ECU als oorzaak aanwijzen. Als je een nieuwe monteert en de storing blijkt niet verholpen te zijn, dan blijf je zitten met een onderdeel van € 1.100,-. Omdat het geen onderdeel is dat vaak vervangen moet worden, controleren we de aansluitingen en het gereedschap een aantal keren zodat we er honderd procent zeker van zijn dat er geen massasignaal van het motormanagementsysteem naar de luchtmassasensor wordt gestuurd. Blij dat we de oplossing hebben gevonden, bellen we de dealer voor een prijsopgave van een nieuwe ECU. We schrikken van de prijs, maar ook dat deze standaard op voorraad ligt. Is er iets aan de hand waarvan wij niet op de hoogte zijn?

Een laatste test

Om geen twijfel over onze diagnose over te laten bestaan, moeten we nog één ding doen: een directe massaverbinding aansluiten op de luchtmassasensor. Met de testkabels nog aangesloten, leggen we een verbindingsdraad tussen het massapunt van de accu en de massa-aansluiting van de luchtmassasensor. We hopen er het beste van en zetten het contact AAN en… geen brandend motormanagementlampje! We starten de motor. De resultaten spreken voor zich: (figuur 3)

1. 12V-voeding;
2. 0 V – massa
3. Overzicht linialen.

We hebben nu voeding, massa en, misschien wel het belangrijkste: een digitaal signaal van de luchtmassasensor zoals we dat mogen verwachten. Dit signaal kunnen we op verschillende manieren weergeven. We kunnen de frequentiekoppelingsmodus gebruiken en het uitgangssignaal van de luchtmassasensor als frequentie bekijken. Het resultaat is een normaal luchtmassasignaal (Zie figuur 4).

Figuur 3: Met de testkabels nog aangesloten, legden we een verbindingsdraad tussen het massapunt van de accu en de massa-aansluiting van de luchtmassasensor. We hoopten er het beste van en zetten het contact AAN: geen brandend motormanagementlampje! We startten de motor, en de resultaten spraken voor zich.

Figuur 4: Door de filterfunctie te gebruiken, kan de ruis uit het beeld worden gefilterd en kunnen de pieken worden getoond.

Rekenkanalen

We zien dat er veel ruis wordt weergegeven, maar door de filterfunctie te gebruiken kunnen we de pieken eruit halen. (figuur 5) Een andere optie is rekenkanalen gebruiken. Ook deze kunnen na het vastleggen van het signaalbeeld worden toegepast. Je kunt er zoveel toevoegen als je wilt zonder dat de oorspronkelijke gegevens hierdoor veranderd worden.

De in dit signaalbeeld (figuur 6) gebruikte formule was freq(D). Het beeld is wat wazig en blokkerig. Verhoog de sample rate om dit te voorkomen. Het rekenkanaal kijkt naar punten op het signaalbeeld om een trace uit te zetten. Hoe meer punten of samples je hebt, hoe meer punten het rekenkanaal kan gebruiken en hoe vloeiender het beeld zal zijn. Er is ook een filtermogelijkheid, vergelijkbaar met die van normale kanalen, maar het filter moet wel opgenomen zijn in de formule:

1. Digitaal signaal;
2. Rekenkanaal dat de reactie van de luchtmassa op het intrappen van het gaspedaal laat zien;
3. Wizard rekenkanaal.

Figuur 5: Een andere optie is om rekenkanalen te gebruiken. Ook deze kunnen na het vastleggen van het signaalbeeld worden toegepast, en je kunt er zoveel toevoegen als je wilt zonder dat de oorspronkelijke gegevens hierdoor veranderd worden.

Figuur 6: Het rekenkanaal kijkt naar punten op het signaalbeeld om een trace uit te zetten. Hoe meer punten of samples je hebt, hoe meer punten het rekenkanaal kan gebruiken en hoe vloeiender het beeld zal zijn.

Nu hebben we een veel duidelijker beeld (figuur 7). We kunnen de eerste aanvoer van lucht naar de motor zien als de gasklep wordt geopend, gevolgd door een geleidelijke stijging van het luchtmassasignaal als het motortoerental toeneemt tijdens het intrappen van het gaspedaal. Om het rekenkanaal vloeiender te maken, hebben we een lowpass-filter aan de formule toegevoegd. De formule is nu LowPass(freq(D);20). Door het nummer aan het einde van de formule te veranderen, wordt de filtering versterkt of verzwakt. Hoe lager het nummer, hoe sterker het filter.

Figuur 7: Nu hebben we een veel duidelijker beeld. We kunnen de eerste aanvoer van lucht naar de motor zien als de gasklep wordt geopend, gevolgd door een geleidelijke stijging van het luchtmassasignaal als het motortoerental toeneemt tijdens het intrappen van het gaspedaal.

Wat wil de klant?

Met de op deze wijze verkregen informatie weten we dat de sensor met het toegevoegde massasignaal naar behoren functioneerde. Dit lijkt misschien wat overdreven, maar we weten hoe het voelt als je een nieuw motormanagementsysteem hebt geplaatst en afvraagt of hiermee het probleem verholpen is. We hebben als eindcontrole alle mogelijke tests uitgevoerd, zodat we zeker zijn dat we het juiste onderdeel hebben vervangen. In dit geval was dit onderdeel het enige dat massa leverde aan de luchtmassasensor, dus moest het de oorzaak wel zijn. Ten slotte stellen we de klant voor de keuze: wilt u dat we een massaverbinding voor de sensor maken of dat we een nieuw motormanagementsysteem monteren? De keuze van de klant lag voor de hand.