Nissan X-Trail met verstuiverprobleem

Een Nissan X-Trail presteert na het warmlopen niet zo best meer en slaat af. Foutcodes wijzen naar alle diesel- injectoren. Wat doe je dan, op hoop van zegen alle injectoren vervangen? AA Equipment Support wordt ingeschakeld om eerst te zien of meting een duidelijke fout kan aanwijzen, voor een minder ingrijpende en vooral goedkopere reparatie. Wat kan de PicoScope hier aan het licht brengen?

Een mooie kans om nieuwe testmethoden met de PicoScope uit te proberen op deze X-Trail uit 2008 met een injectieprobleem, daar leer ik ook weer van.

Het verhaal waarmee de klant bij het autobedrijf kwam, was als volgt: onder belasting ging de motor een kloppend geluid maken, bij hogere belasting inhouden, en regelmatig afslaan. De koude start is normaal, onder lage belasting loopt de motor prima. Totdat hij op bedrijfstemperatuur komt en hoger belast wordt. Dan gaat de diesel inhouden en afslaan, wat steeds erger wordt totdat opnieuw starten haast niet meer gaat. Pas na afkoelen start de motor weer normaal, zoals een test op de weg mij ook bevestigt, nadat eerst de foutcodes zijn gewist.

Gerapporteerde fouten die ons Launch X-431 diagnosesysteem presenteert:

P2146: Defecte injector 1 & 2 voeding onderbroken of kortgesloten aan massa.
P2149: Defecte injector 3 & 4 voeding onderbroken of kortgesloten aan massa.

Eerst zoeken naar updates

Nadat ik het motormanagement verder heb uitgelezen en de data bestudeerd heb, ga ik op zoek naar de oorzaak van dit probleem. Een mogelijkheid die vaak wordt vergeten, is controleren of software-updates voor het motormanagement beschikbaar zijn, en of het probleem ooit eerder is beschreven. Het overkomt ook ons weleens dat we die fout maken en veel tijd besteden aan diepgaande diagnose, om later te ontdekken dat een software-update online beschikbaar is die het probleem verhelpt. Dit kan veel tijd en kosten besparen.

Bij het opvragen van foutcodes krijg ik er hier dus twee in beeld, die naar alle vier dieselinjectors wijzen. Dan is de vraag: ga ik alle injectors vervangen op basis van alleen de foutcodes, en afwachten of het probleem terugkomt? Of ga ik mijn best doen om de oorzaak van de storing te vinden?

Informatie

Bij een storing raadpleeg ik altijd een autotechnisch informatiesysteem om meer te weten te komen over deze foutcodes.

Zo ontdek ik dat deze foutcodes ook iets anders kunnen betekenen. Een probleem waar we vaak mee te maken krijgen; de enige manier om een nauwkeurige beschrijving van de foutcode te vinden is de technische informatiesite van de fabrikant bezoeken. Hier zien we dan:

P2146: Brandstofinjector 1 en 4 cilinder open circuit.
P2149: Brandstofinjector 2 en 3 cilinder open circuit.

Een omschrijving die vertelt dat er een onjuist spanningssignaal naar de ECM gaat via de cilinders 1 en 2 en cilinders 3 en 4.

Liever een scopemeting

De reparatieprocedure bij een foutcode die wijst naar een open circuit of kortsluiting in de injectorstroomtoevoer is niet alleen maar controleren op continuïteit van de bedrading. Daarvoor wordt in de praktijk meestal gebruik gemaakt van een lampje. Een primitieve manier van testen, die niets zegt over spanningsduur en spanningsval. Omdat ik veel liever zie hoe het circuit onder lage en hoge belasting presteert, gebruik ik onze 4-kanaals PicoScope. Ik wil de spanningsval zien tussen de twee uiteinden van de injectorbedrading.

We verbinden de PicoScope met de aansluitpunten van een injector om te zien hoe de voeding verloopt, die volgens de foutcode onderbroken zou zijn.

‘Piëzo-injectoren werken op hoge spanningen, wees voorbereid’

Eerst heb ik gecontroleerd of de dieselinjectoren de juiste signalen van de ECU krijgen. Nissan maakt in zijn dieselmotoren gebruik van piëzo-injectoren. Onthoud dat bij piëzo-injectoren het spanningsniveau veel hoger kan liggen dan bij andere typen dieselinjectoren, op sommige piëzo-systemen kan tot wel 250 V worden bereikt.

Spanningsverzwakker

Ben je niet zeker van welk soort injector sprake is, gebruik dan bij metingen altijd een spanningsverzwakker en houd rekening met de risico’s van hoogspanning. Gebruik indien mogelijk altijd geschikte zekeringen tijdens het testen van de injector om risico’s te voorkomen.

Wat toont een signaalmeting?

Het voordeel van een 4-kanaals oscilloscoop met gescheiden massa is dat je kunt selecteren en in beeld brengen wat je maar wilt. Ik selecteer twee kanalen om de spanning aan beide zijden van de injector te kunnen zien, en op kanaal 3 de stroom die door de injector afgenomen wordt.

In het overzicht zien we de spanning van de dieselinjectoren op 160 V. Ook ik gebruik hierbij een spanningsverzwakker om de spanning te controleren, en om te zien of het spanningsbereik veilig is. Het gebruik van een spanningsverzwakker is verder zo belangrijk omdat niet veel andere meetbereiken een voldoende hoge invoersnelheid hebben om zulke hoge spanning aan te kunnen. Je kunt in de signalen zien dat beide zijden van de injector worden blootgesteld aan 160 V. Dit vereist wel dat de massa-aansluiting op de ECU voor de voedingsspanning correct is, zodat de stroom begint te lopen. Denk eraan dat stroom alleen vloeit als er een spanningsverschil is. Sommige autofabrikanten maken gebruik van een basisspanningsniveau van bijvoorbeeld 5 V voor opencircuitdetectie. Er begint dan pas stroom te lopen als op een van beide zijden een hogere spanning dan die 5 V komt.

Het eerste scopebeeld toont bij 1 en 2 de verstuiverspanning aan ingang en uitgang. Bij 3 zie je de stroomsterkte door de injector, bij 4 een overzicht.

Fout in beeld gebracht

Omdat ik met de Pico-oscilloscoop peak-to-peak meting gebruik, kan ik zien of er overmatige verschillen zijn met de andere cilinders. Bij een koude motor en stationair toerental tonen alle dieselinjectoren tussen 15 A en 17 A stroomsterkte. Dat lijkt dus wel in orde. Nu is het tijd om te kijken wat er gebeurt als bij hogere bedrijfstemperatuur de motor uitschakelt. Omdat ik nog niet weet of de fout verband houdt met een bedradingsprobleem, één dieselinjector of alle vier, kies ik er om te beginnen voor het relatief eenvoudig te houden.

‘Waarom valt het signaal op de injector weg?’

Proefrit

Vanwege de toegankelijkheid besluit ik naar de injector op cilinder 3 te kijken, en een nokkenassignaal vast te leggen om aan te geven dat de motor draait. Op straat maak ik een proefrit, zodat ik kan zien wat er gebeurt op het moment dat de motor uitvalt. De fout doet zich voor tijdens de rijtest en direct heb ik alle metingen met de PicoScope vastgelegd. Toen de motor afsloeg, werd geen signaal meer naar de dieselinjector gestuurd, maar de motor draaide nog, zoals wordt bevestigd door het signaal van de nokkenassensor.

Krukassensor

Ik maak van de gelegenheid gebruik om naar de uitgang van de krukassensor te kijken, of de ECM het toerentalsignaal van de motor ziet. Zo weet je zeker dat het probleem hier niet zit, in sommige gevallen net zo belangrijk als bewijzen wat het wèl is. Ik heb nog een vrij oscilloscoopkanaal over, dus in een poging zoveel mogelijk uit te sluiten heb ik ook gekeken naar de ECU-voeding. Zonder een krukassensorsignaal slaat de motor normaal gesproken af. Maar zonder foutcodes die naar een defecte krukassensor verwijzen, is het belangrijk om te zien wat er gebeurt op het moment dat de motor uitschakelt. Deze auto heeft een drijvende krukassensor.

Scopebeeld van de proefrit, met op 1 en 2 de injectorsignalen, op 3 het nokkenassignaal. We zien bij 4 geen signaaluitvoer meer van de injector, maar volgens het nokkenassignaal draait de motor nog steeds.

Vergelijking van de peak-to-peak stroomsterktes laat zien dat alle injectors gelijk werken.

Niet de ECU, maar een injector

Zoals we aan de meting kunnen zien, wordt een korte toerentalverhoging aangegeven op het moment dat de motor afslaat. Te verklaren doordat ik op dat moment de koppeling intrap. De vrijkomende koppeling vermindert de belasting op de nog draaiende motor en dus neemt het toerental snel toe. De ECU spanningstoevoer blijft intact, wat betekent dat de uitschakelingen van de injectoren niet komen door een daling van de voedingsspanning. Terwijl ik met het testen doorga, wordt de storing actiever, hoe hoger de motortemperatuur oploopt. Tot het moment wordt bereikt dat de motor niet meer opnieuw start.

Een korte samenvatting van wat ik tot nu toe weet:

We hebben een voertuig dat bij belasting uitschakelt en geleidelijk verslechtert naarmate de motortemperatuur toeneemt. Er is geen verlies van krukas- of nokkenassignaalpositie wanneer het probleem optreedt.
Ik kan zien dat de voedingsspanning van de injector wordt onderbroken.
Dit leidt me terug naar de injectoren, omdat de aansturing vanuit de ECU in orde lijkt te zijn.

Bij 1 en 2 hebben we het toerental- en spanningssignaal van de krukassensor. De spanning op injector 3 staat onder nummer 3, onder 4 het toerental math-kanaal. Punt 5 is waar het injectorsignaal plots wegvalt, bij 6 de overzichts-lineaal.

Afwijking bij injector 3

Wetende dat de stroom die door een injector gaat een indicatie is van het functioneren, sluit ik vervolgens alleen cilinders 1, 2 en 3 op de scoop aan. Verder controleer ik de massa-aansluiting van de motor. De foutcodes geven als een mogelijke oorzaak een massaprobleem. Dus je weet maar nooit. De injectoren die ik heb aangesloten zijn stroomafwaarts tijdens het rijden, maar hier valt me iets op dat ik niet had opgemerkt toen het voertuig nog koud was. De injector op cilinder 3 heeft een reeks neerwaartse stroompieken tijdens de injectie van de andere 2 cilinders. Nauwelijks merkbaar, maar ze zijn er wel. Als ik de pieken van dichtbij bekijk, meet ik 3.3 A. Weliswaar duren ze niet erg lang, maar kan dit mij in de goede richting wijzen?

Bij een volgende test meet ik de weerstand over alle vier injectoren. Die van cilinders 1, 2 en 4 liggen alle tussen 179 kΩ – 182 kΩ, maar cilinder 3 geeft niet meer dan 0,8 kΩ. Klopt dit? Even mijn documentatie raadplegen om te zien wat als normaal bereik wordt beschouwd. Dit kan van fabrikant tot fabrikant verschillen.

Dit grote verschil in weerstand moet wijzen op een injectorfout. Mijn fout is dat ik de weerstand ook had moeten meten toen de injectoren nog koud waren. Maar zoals meestal is de tijd beperkt en had ik niet meer de mogelijkheid om te wachten tot de motor weer afgekoeld was, om alsnog de koude weerstand te meten.

De injectorstroomsignalen van drie cilinders onder elkaar, voor de cilinders 1, 2 en 3.

Hier klopt iets niet bij injector 3, een reeks extra negatieve stroompiekjes die daar niet horen.

Gevonden: isolatieprobleem

Een manier om de injectors verder te testen is met een isolatietester. Normaal gesproken gebruiken we deze tool op hybride en elektrische voertuigen. Maar bedenk hoe een piëzo-injector werkt: er wordt een hoge spanning op een stapel kristallen gezet, en wanneer de stroom vloeit, verandert deze stapel van vorm.

Hij zit in een metalen behuizing die in de motor is vastgeschroefd, en zodoende is verbonden met de massa-aansluiting op de accu. Er moet een vorm van isolatie rond de piëzostapel in de injector zijn, we willen niet dat de spanning in de metalen behuizing komt en wegvloeit naar massa. Bij het uitvoeren van isolatietesten op een elektrisch voertuig passen we een spanning of ‘druk’ toe op een onderdeel, en testen of er niets ‘ontsnapt’. Met dit principe moeten we ook de isolatie van een injector kunnen bepalen. We weten dat de injectoren een voeding van 160 V hebben, bij isolatietesten moeten we altijd testen op de aangegeven spanning of hoger. In dit geval het bereik van 250 V. Met onze breakout Y-kabels kan ik de injector van deze spanning voorzien, terwijl de behuizing van de injector met de negatieve kant van de tester wordt bewaakt. De maximale spanning op de injector is slechts 1 V voordat de tester een fout registreert, met een meting van slechts 0,01 mΩ. De andere drie injectoren hebben alle de volledige 250V geleid, met weerstandsmetingen van meer dan 5 GΩ.

Een laatste test…

Als bewijs dat dit de fout moet zijn, sluit ik de injectors weer aan en ik monteer op cilinder 3 een nieuwe injector en codeer deze. Om mezelf ervan te overtuigen dat ik het goed heb, ontkoppel ik de nieuwe injector 3 met het contact uit en start de motor weer.

De motor draait slecht stationair op slechts drie aangesloten injectors. Na het aansluiten van de nieuwe injector loop de motor weer zoals het moet. Zo heb ik de dieselinjectoren kunnen testen zonder ze te demonteren, en gevonden welke injector de problemen veroorzaakte.