5 ボルトの基準信号について

Jun 30, 2023

コンピュータ業界の古い格言は、「ゴミは入ったらゴミは出る」というものです。 診断プロセス中に、OBD II エンジン制御モジュール (ECM) は、5 ボルトの基準センサーからデータを正確に収集して処理しない限り機能できないことを忘れてしまうことがあります。 ほとんどのエンジン管理センサーは、5 ボルトの基準線と信号戻り線を含む 2 線回路、または 5 ボルト、信号戻り線、および補助アース線を含む 3 線回路です。

今月は、1997 年のジープ チェロキー スポーツと 2002 年のシボレー商用バンを含む 2 つの古いケーススタディを使用して、2 線式センサーと 3 線式センサーが断続的なリッチ動作状態をどのように引き起こす可能性があるかを示す 2 つの実際の例を紹介します。

基本的な概念は単純です。温度、圧力、または位置の変化に応じて変化する抵抗を含むセンサーに 5 ボルトの基準電圧が流れます。 この可変抵抗により、ECM への信号帰還電圧は常に基準電圧よりも低くなります。

吸気温度 (IAT)、エンジン冷却水温度 (ECT)、スロットル位置 (TP)、空気質量流量 (MAF)、気圧 (BARO)、酸素センサー (O2)、クランクシャフト位置 (CKP)、カムシャフトなどのエンジン管理データ位置 (CMP)、可変バルブ タイミング (VVT)、燃料レベル、その他の OBD II 関連のエンジン センサーは、エンジンの点火マップ、燃料マップ、スロットル マップを制御するために使用されます。 エンジン管理システムは、ABS (車速) およびトランスミッション モジュール (ギアレンジ) から間接的なデータを収集し、点火、燃料、スロットル位置の計算に役立てることもできます。

ECM はセンサーの故障を検出し、関連するセンサー間で入力データを比較または「合理化」することでコードを設定します。 たとえば、冷却水、周囲空気、バッテリー温度、エンジン オイル、トランスミッション液センサーからのデータは、一晩の「コールドソーク」後にほぼ同等になるはずです。 1 つのセンサーが誤ったキャリブレーションにより範囲外になった場合、ECM は残りの 3 つまたは 4 つのデータ入力と比較して、そのセンサーのコードを設定します。

特定のコードの「有効化基準」は、コードが設定される条件を記述します。 場合によっては、センサーがチェック エンジン (CE) ライトを点灯するまでに 2 つの駆動サイクルを必要とする場合があります。 また、完全なデータがないために、スタンドアロン センサーを監視している ECM ソフトウェアが障害を検出できない場合もあります。

センサー システムがデータを正しく監視している場合、ECM は点火マップと燃料マップ、およびスロットル開度を希望の設定に自動的に調整します。 1 つまたは複数のセンサーが故障すると、さまざまな断続的および継続的な運転性能に関する苦情が発生するようになります。 まれなことではありますが、単一のセンサーが 5 ボルトの基準をグランドにショートさせた場合、ECM は出力を大幅に低下させるエンジンの「リンプ」モードの使用に頼る可能性があります。

2 線式センサー診断の基本的な側面を説明するために、コールドソーク スタートから約 10 分後に失速の苦情が発生した 4.0 リッター エンジンを搭載した 1997 年ジープ チェロキー スポーツに関する私のケース スタディの 1 つを見てみましょう (写真1を参照してください ）。 30 分間のホットソーク後は、正常に動作するようになります。

基本的な ECT センサー診断には、ECT データ ストリームで -40° F を表示する開回路、基準線と信号戻り線が互いに短絡している場合は 250° ～ 300°F を表示する開回路が含まれます。 校正外の ECT は、合理化プロセスを通じて検出されます。 (写真2を参照してください)

ご想像のとおり、これはノーコードの問題で、以前の 2 つのショップが困惑しました。 私の記憶では、ある店ではアイドルエアコントロール（IAC）を交換し、別の店では排気ガスが「きつい臭いがした」という理由で酸素センサーを交換した。

断続的な運転能力の苦情を診断するためのベストプラクティスは、関連するすべてのコードとデータをスキャンツールで取得して保存し、データレコードまたは「ムービー」メニューを選択して車両を試乗することです。 データ ストリームを分析して、約 10 分間の実行時間の後、エンジン冷却水の温度が周囲温度をほとんど超えていないことに気づきました。

これで、ガベージイン信号が返されました。 店に戻ると、上部のラジエターホースが冷えているのを感じ、冷却液のリザーバーが空になっているのが見えました。 ご想像のとおり、ECT センサーは、煙を上げている高温のエンジン ブロックがリーンな空燃比を要求しているのに、リアルタイムでは、冷たいシリンダー ヘッドがリッチな空燃比を要求していることを報告していました。 これにより、ECM は比較的高温のシリンダー ブロックに過剰な燃料を供給してエンジンを停止させました。

ほとんどの場合、ECM ソフトウェアは、サーモスタットが開いたままになっていて、ウォームアップ時間が遅いことを示す P0128 という一般的なトラブル コードを設定しているはずです。 この特定のジープ モデルには明らかに診断メニューに P0128 が含まれていないため、コードなしで苦情を申し立てました。

ホットソーク後はエンジンのパフォーマンスが向上したため、最初の暖機後に失速の症状が必ずしも繰り返されるわけではありませんでした。 ウォーターポンプを交換した後、スキャンツールのECT入力データと赤外線温度ガンからのリアルタイムデータを比較することで修理を検証しました。 空燃比は 14.7:1 付近を推移しており、低温失速の問題は解決されました。

3 線式、5 ボルトのポテンショメータは通常、ECM 内にある 1 つ以上の「フローティング」アースに接地されます。 その後、ECM はエンジン ブロックを介してバッテリーのマイナスに直接接地され、個々のセンサーの接地回路間の電圧変動が排除されます。

別の昔ながらのケース スタディを使用して、地元の観光地が所有する 2002 GM 5.7 リッター VIN R 商用バンで断続的な電源喪失の問題を引き起こす 3 線式センサーに関する比較的まれな問題を解決してみましょう。

ECM から P0121 コード (スロットル ポジション センサー範囲パフォーマンス) を取得しましたが、その時点では苦情を再現できませんでした。 リゾートではどうしてもバンが必要だったので、電源喪失の問題が解決されることを期待してスロットル ポジション センサー (TPS) を交換しました。

数日後、バンは再び現れましたが、今度は排気ガスから黒煙が噴き出しました。 データに関しては、TPS は通常、スロットルを閉じたときの TPS 信号リターンで約 0.8 ボルトを表示するはずです。 TPS のスロットル閉データは、代わりにフル 5.0 ボルトを表示していました。

5.0 ボルトの信号が戻ってくることを考えると、ECM のソフトウェアはデフォルトでエンジンの「リンプイン」モードになるのではないかと思いました。 代わりに、5.0 ボルトの信号戻りに対する ECM の応答は、アイドル速度であっても全開スロットルの燃料要件に一致するように燃料供給を増やすことでした。

しかし、このシナリオにはソフトウェアの問題があります。 スロットル プレートの移動量は、スロットルを閉じた場合の 0.8 ボルトから、スロットルを全開にした場合の約 4.5 ボルトの範囲にする必要があります。 ソフトウェア エンジニアは、TPS の障害を合理化するために 4.5 ボルトの値を使用することに注意することが重要です。

戻り信号電圧が 5.0 ボルトの場合、ECM はエンジンがアイドル速度で動作していることを考慮し、TPS が内部で短絡しているか、基準線と信号戻り線が共に短絡していると合理化する必要がありました。

ただし、TPS は 3 線式センサーであるため、TPS のグランドが開放状態になると、信号戻り電圧が高くなる可能性もあります。 問題を特定するチャンスはおそらく 1 回だけであるとわかっていたので、TPS アース線をゆっくりと揺すってテストを始めました。

TPS コネクタから約 6 インチのところ、アース線が絶縁体内で切れていて、私が触れた瞬間にすぐに接触し、燃料供給量が正常値になりました。 新しい TPS ピグテールが問題を解決しました。