Honda CBF1000F nestartuje

Liga mistrů diagnostiky

Po čase vám přinášíme diagnostický článek našeho dlouholetého spolupracovníka a vynikajícího školitele automobilové techniky společnosti Robert Bosch Štěpána Jičínského. I tento příspěvek má „školský“ – chcete-li, pedagogický – nádech, jak jsme koneckonců u Štěpána zvyklí.

Byl jsem požádán mistrem odborného výcviku ze školy, kde sídlí naše školicí středisko, zda bych měl chvilku času na konzultaci. Šlo o signál snímače otáček kliky, který měřil na motorce Honda. Motorku nebylo možné nastartovat, snímač otáček už byl vyměněn. Dle výpovědi opravujícího technika byl signál s původním i novým snímačem shodný. Tomuto stavu předcházela mechanická oprava motoru, spojená s demontáží a zpětnou montáží některých jeho částí.

Osciloskopická diagnostika

Signál snímače otáček kliky při startování.
Obr. 1: Signál snímače otáček kliky při startování.

Nechal jsem motorku převézt na naši dílnu, kde ji bylo možno napojit na motortester FSA 740. Byla ve stavu částečné demontáže, mimo jiné měla odpojenou palivovou nádrž. V tomto okamžiku však šlo především o kontrolu signálu zmiňovaného snímače otáček kliky. Opravujícímu mechanikovi se nelíbil jeho průběh, a proto chtěl, abych se na to podíval. Připojil jsem osciloskop ke snímači a zkusil startovat. Motor pochopitelně nemohl nastartovat s odpojenou nádrží, ale ani při vstříknutí spreje do sání nejevil sebemenší náznak naskočení. Mechanický stav motoru byl údajně bezvadný. Signál snímače otáček při startování je na obrázku 1.

Musím říct, že ani mně se signál nelíbil. Vykazuje velmi nepravidelný průběh. Snímek představuje necelé dvě otáčky motoru. Amplituda i šířka pulzů jsou velmi rozdílné, opakují se série rychlých (úzkých) impulzů s velkou amplitudou, mezi nimi pak impulzy s větší šířkou a malou amplitudou. Kousek od levého okraje obrazovky a pak okolo 300. milisekundy je vidět mezera mezi impulzy – referenční značka. Opravující technik si při rozebírání motoru a výměně snímače nafotil části motoru, kromě jiného i impulzní kroužek. Nevykazoval žádné známky mechanického poškození, po obvodu impulzního kola bylo 13 zubů a mezera, tvořená dvěma vynechanými zuby. Když spočítáme impulzy na záznamu signálu, je tam skutečně 13 pulzů a mezera.

Další kontrola signálu

Signál snímače kliky (zelený) a impulz jiskry 1. válce (modrošedý).
Obr. 2: Signál snímače kliky (zelený) a impulz jiskry 1. válce (modrošedý).

U takto nezvyklého průběhu signálu jsem si nebyl jistý, zda je řídicí jednotka schopna se z něj sesynchronizovat s chodem motoru, aby pak následně dovedla správně vypočítat okamžiky vstřiku a zážehů jisker jednotlivých válců. Abych zjistil, zda vůbec jiskry přeskakují, odpojil jsem jeden zapalovací kabel ze svíčky, připojil k němu pomocnou svíčku, opřel ji vnější elektrodou o kostru motoru, aby se propojil sekundární obvod, a startoval. Jiskry přeskakovaly. Znamenalo to, že řídicí jednotka motoru zpracovává signál snímače kliky a aktivuje zapalování. Nutno ještě doplnit, že šlo o zapalovací soustavu se dvěma dvouvývodovými cívkami, tedy DFS. Sekundární vinutí jedné cívky bylo připojeno ke svíčkám 1. a 4. válce, sekundár druhé cívky pak ke svíčkám 2. a 3. válce.

Zajímalo mě, jak jsou jiskry časově přiřazeny k signálu otáček, proto jsem změřil kapacitním snímačem motortesteru napětí na zapalovacím kabelu 1. válce. Zapalovací impulzy jsou vidět na obrázku 2 jako úzké impulzy směrem dolů (záporná polarita vysokého napětí).

Zvlnění napětí akumulátoru při startování a impulzy jisker 1. válce.
Obr. 3: Zvlnění napětí akumulátoru při startování a impulzy jisker 1. válce.

Při startovacích otáčkách motoru by měly jiskry přeskakovat v blízkosti horní úvrati jednotlivých válců. Bez detailní znalosti polohy impulzního kola a jeho referenční značky vůči horní úvrati 1. válce však nelze posoudit, zda jiskry skáčou ve správný okamžik. Je třeba si nějak pomoci. Nabízí se možnost snímat průběh napětí akumulátoru při startování a z jeho zvlnění vyhodnotit horní úvrati válců. Platí jednoduchá zákonitost, že při průchodu pístu ve válci přes horní úvrať v kompresním zdvihu klade motor točícímu startéru největší mechanický odpor, startér tudíž odebírá největší proud a napětí akumulátoru klesá na minimum. Průběh zvlnění napětí akumulátoru a jiskra 1. válce jsou na obrázku 3.

Nesymetrie u impulzů

Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 1. válce (modrý).
Obr. 4: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 1. válce (modrý).

Z obrázku je patrné, že impulzy jisker 1. válce (impulzy mířící směrem dolů) nejsou v místech, kde má napětí akumulátoru nejnižší hodnotu. Jsou posunuty o kousíček víc vpravo. Není to však chyba načasování jisker, je to problém zpracování signálu při daném nastavení osciloskopu. Detailní vysvětlení ponechme však na později.

Spolehlivější metodou ke zjištění skutečného okamžiku horní úvrati je měření odběru proudu startéru. Stačí na kabel ke startéru nasadit proudové kleště a zastartovat. Výsledek je na obrázku 4.

Na první pohled je na signálu proudu startéru (červená křivka) nápadná nesymetrie jednotlivých impulzů. Vidíme opakující se série tří impulzů s nestejnou výškou a za nimi vždy mezeru. Není to chyba, je to způsobeno tím, že při tomto měření byla vyšroubovaná svíčka ze 4. válce. Ona mezera tedy představuje dobu, kdy přichází na řadu 4. válec a v důsledku chybějící svíčky nedochází ke vzniku tlaku ve válci, a tudíž ani k nárůstu proudu startéru. Takto jsme si tedy v sérii impulzů jednoduše identifikovali jednotlivé válce. Dle obvyklého pořadí zapalování 1-3-4-2 pak přiřadíme čísla válců k jednotlivým impulzům.

Odhalení

A nyní už vidíme zásadní nesrovnalost v signálech. Mezera v červeném signálu proudu startéru představuje dobu, kdy je na řadě 4. válec (to už víme z předchozího výkladu), a tedy v pořadí před 4. válcem je válec 3, zapalovací impulz by tudíž měl představovat jiskru 3. válce. Ale ve skutečnosti byl kapacitní snímač umístěn na kabelu 1. válce. Nešlo mi to do hlavy, a abych vyloučil chybu měření, provedl jsem ještě několik dalších pokusných startů s měřením zapalovacích impulzů i na ostatních zapalovacích kabelech.

Tak například na obrázku 5 je proud startéru a zapalovací impulzy na kabelu 4. válce a opět vidíme, že impulz na zapalovacím kabelu 4. válce se časově nekryje s horní úvratí 4. válce. (Svíčka 4. válce je sice vyšroubovaná, ale při tomto měření byla na koncovku kabelu nasazena pomocná svíčka a byla ukostřena na motor, takže vysokonapěťový obvod je propojen a zapalovací impulzy lze měřit.)

Obr. 5: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 4. válce (modrý).
Obr. 5: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 4. válce (modrý).
Obr. 6: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 2. válce (modrý).
Obr. 6: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 2. válce (modrý).

Ještě jeden příklad. Na obrázku 6 je proud startéru a zapalovací impulzy na kabelu 2. válce. Zapalovací impulzy mají opačnou polaritu (plyne z principu funkce DFS), tentokrát impulzy přeskakují v době, kdy je na řadě 4. válec (v mezeře mezi červenými impulzy), avšak jsou to impulzy na kabelu, který vede k 2. válci. Znamená to tedy, že zapalování je časově posunuté „o válec“.

Teď už je to jasné. V době, kdy má přeskakovat pracovní jiskra v 1. válci (a „výfuková“ jiskra v párovém, tedy 4. válci), přeskakuje ve skutečnosti jiskra ve válci 3 (a „výfuková“ v 2. válci). A naopak, v době, kdy by se mělo „zajiskřit“ ve 3. válci (a párovém 2. válci), jiskří se ve 4. válci (a párovém 1. válci).

Obr. 7: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 1. válce (modrý).
Obr. 7: Proud startéru (červený) a impulzy vysokého napětí na zapalovacím kabelu 1. válce (modrý).

K posunutí jisker „o válec“ stačí prohodit konektory na primární straně cívek. Pokusně (s použitím prodlužovacích kablíků) jsem tedy přepojil konektor jedné cívky ke druhé cívce a naopak. Teď bude v okamžiku, kdy je v řídicí jednotce aktivován koncový stupeň, původně určený pro primár cívky 1. a 4. válce, buzena cívka 2. a 3. válce a naopak, při aktivaci koncového stupně v ŘJ pro cívku 2. a 3. válce bude spínán primár cívky 1. a 4. válce.

Výsledek pokusu je na obrázku 7. Konečně se časově shoduje okamžik horní úvrati 1. válce s okamžikem přeskoku jiskry na kabelu ke svíčce 1. válce (modré impulzy směřující současně nahoru i dolů). Stejně tak i pro 4. válec (párový). Prohození kabelů k primárům cívek bylo provedeno jen pokusně, pro zjištění, zda při posunutí jisker už motor nastartuje. A také skutečně nastartoval. Jinak ale vzhledem k umístění cívek a délce kabelů, vedoucích k jejich primárům, nelze originální konektory zaměnit, konektory k primárům byly před tímto experimentem zapojeny správně. Pak tedy zbývá jediné vysvětlení celého případu: při skládání motoru po předchozí demontáži došlo omylem k přehození zapalovacích kabelů mezi svíčkami jednotlivých válců. Délka kabelů to umožňovala. Opravující mechanik však byl přesvědčen, že kabely zapojil správně.

Dodatek k vlastnostem osciloskopu

Obr. 8: Fázový posun signálu při střídavé vazbě na kanálu 2 (červený).
Obr. 8: Fázový posun signálu při střídavé vazbě na kanálu 2 (červený).

Zbývá ještě vysvětlit ono posunutí signálu zvlnění napětí akumulátoru z obrázku 3. Zelený signál je oproti skutečnému průběhu posunutý o kousek doleva. Není to chyba osciloskopu, je to vlastnost plynoucí z faktu, že na kanálu 2, na němž bylo napětí akumulátoru měřeno, je zvolena střídavá vazba (AC). Pokud by tomu tak nebylo, tzn. byla by zvolena vazba stejnosměrná (DC), zobrazilo by se plné napětí akumulátoru, tedy při startování by to mohlo být kolem 10–11 V (podle stavu akumulátoru). Aby signál neutekl mimo rozsah obrazovky, bylo by nutno zvolit nejbližší vyšší napěťový rozsah, tzn. 20 V. Zvlnění, dosahující hodnoty zhruba ±0,5 V, by bylo v signálové křivce při měřicím rozsahu 20 V hůře čitelné. Střídavá vazba umožňuje zbavit se stejnosměrné složky signálu a samotnou střídavou složku pak zobrazit v potřebném rozlišení. Avšak s jistým časovým posunem, tudíž časovou nepřesností.

K ověření tohoto fázového posunu signálu jsem provedl kontrolní měření. Výsledek je na obrázku 8.

V generátoru signálů v zařízení FSA 740 jsem nastavil signál sinusového průběhu s frekvencí 10 Hz, amplitudou 1 V a offsetem (stejnosměrným posunem) 9 V. Vznikl tak signál podobný průběhu palubního napětí (napětí akumulátoru) při startování. Druhým motortesterem FSA 740 pak byl tento generovaný signál měřen, a sice na kanálu 1 (modrý) se stejnosměrnou vazbou (DC), na kanálu 2 (červený) s vazbou střídavou (AC). Je vidět posun mezi signály, červená křivka předbíhá modrou. Kromě toho dochází i k útlumu signálu. Tento útlum a časový (fázový) posun, způsobený střídavou vazbou, tj. vazebním kondenzátorem na vstupu osciloskopu, je frekvenčně závislý. Viditelně se uplatňuje při nízkých frekvencích v řádu jednotek až desítek hertzů (dle konkrétního osciloskopu). A to jsou právě frekvence pulzů napětí v palubní síti při startovacích otáčkách. Pokud tedy chceme přesně měřit časovou závislost mezi signály s nízkou frekvencí, je nutno vždy použít vazbu stejnosměrnou na všech kanálech. Pro upřesnění ještě nutno doplnit, že se to netýká impulzních signálů, tj. obdélníkových signálů se strmými hranami. Zde ale dochází k jinému zkreslení impulzů. Nejlépe si to vyzkoušet na konkrétním typu osciloskopu přepínáním mezi střídavou a stejnosměrnou vazbou a porovnávat změny zobrazení signálu.

Závěr

Popisovaný případ by bylo bývalo možné vyřešit i bez použití osciloskopu, a to důslednou kontrolou zapojení jednotlivých komponentů motoru po jeho složení po předchozí mechanické opravě. Osciloskop však umožňuje zviditelnit, co se skutečně v motoru děje z hlediska signálů klíčových komponentů managementu motoru. Snímáním proudu startéru v motoru s „otevřeným“ válcem (s vyšroubovanou svíčkou) pak umožňuje v časovém průběhu proudu jednoznačně definovat příslušný válec. Pak už není problém přiřadit ostatní signály k jednotlivým válcům a udělat si přesný obrázek o tom, co se v motoru odehrává.  

Tento článek najdete v časopisu AutoEXPERT vydání č. 9/2023.

Další články