Ford Festiva. Instruction - part 72

 

  Index      Ford     Ford Festiva - service and repair instruction 1991 year

 

Search            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Content   ..  70  71  72  73   ..

 

 

Ford Festiva. Instruction - part 72

 

 

The voltage controlled driver inside the computer operates much like a simple switch because it does not need to worry about limiting current 
flow. Recall, this driver typically requires injector circuits with a total leg resistance of 12 or more ohms. 

The driver is either ON, closing/completing the circuit (eliminating the voltage-drop), or OFF, opening the circuit (causing a total voltage 
drop). 

Some manufacturers call it a "saturated switch" driver. This is because when switched ON, the driver allows the magnetic field in the injector 
to build to saturation. This is the same "saturation" property that you are familiar with for an ignition coil. 

There are two ways "high" resistance can be built into an injector circuit to limit current flow. One method uses an external solenoid resistor 
and a low resistance injector, while the other uses a high resistance injector without the solenoid resistor. See the left side of Fig. 

Fig. 1

In terms of injection opening time, the external resistor voltage controlled circuit is somewhat faster than the voltage controlled high resistance 
injector circuit. The trend, however, seems to be moving toward use of this latter type of circuit due to its lower cost and reliability. The ECU 
can compensate for slower opening times by increasing injector pulse width accordingly. 

 

Fig. 1: Injector Driver Types - Current and Voltage

 

CURRENT CONTROLLED CIRCUIT ("PEAK & HOLD") 

The current controlled driver inside the computer is more complex than a voltage controlled driver because as the name implies, it has to limit 
current flow in addition to its ON-OFF switching function. Recall, this driver typically requires injector circuits with a total leg resistance of 
less than 12 ohms. 

Once the driver is turned ON, it will not limit current flow until enough time has passed for the injector pintle to open. This period is preset by 
the particular manufacturer/system based on the amount of current flow needed to open their injector. This is typically between two and six 
amps. Some manufacturers refer to this as the "peak" time, referring to the fact that current flow is allowed to "peak" (to open the injector). 

Once the injector pintle is open, the amp flow is considerably reduced for the rest of the pulse duration to protect the injector from 
overheating. This is okay because very little amperage is needed to hold the injector open, typically in the area of one amp or less. Some 
manufacturers refer to this as the "hold" time, meaning that just enough current is allowed through the circuit to "hold" the already-open 
injector open. 

There are a couple methods of reducing the current. The most common trims back the available voltage for the circuit, similar to turning down 
a light at home with a dimmer. 

The other method involves repeatedly cycling the circuit ON-OFF. It does this so fast that the magnetic field never collapses and the pintle 
stays open, but the current is still significantly reduced. See the right side of Fig. 

Fig. 1

 for an illustration. 

The advantage to the current controlled driver circuit is the short time period from when the driver transistor goes ON to when the injector 
actually opens. This is a function of the speed with which current flow reaches its peak due to the low circuit resistance. Also, the injector 
closes faster when the driver turns OFF because of the lower holding current. 

THE TWO WAYS INJECTOR CIRCUITS ARE WIRED 

NOTE:

Never apply battery voltage directly across a low resistance injector. This will cause injector damage 
from solenoid coil overheating.

NOTE:

Never apply battery voltage directly across a low resistance injector. This will cause injector damage 
from solenoid coil overheating.

Like other circuits, injector circuits can be wired in one of two fundamental directions. The first method is to steadily power the injectors and 
have the computer driver switch the ground side of the circuit. Conversely, the injectors can be steadily grounded while the driver switches the 
power side of the circuit. 

There is no performance benefit to either method. Voltage controlled and current controlled drivers have been successfully implemented both 
ways. 

However, 95% percent of the systems are wired so the driver controls the ground side of the circuit. Only a handful of systems use the drivers 
on the power side of the circuit. Some examples of the latter are the 1970's Cadillac EFI system, early Jeep 4.0 EFI (Renix system), and 
Chrysler 1984-87 TBI. 

INTERPRETING INJECTOR WAVEFORMS 

INTERPRETING A VOLTAGE CONTROLLED PATTERN 

See 

Fig. 2

 for pattern that the following text describes.  

Point "A" is where system voltage is supplied to the injector. A good hot run voltage is usually 13.5 or more volts. This point, commonly 
known as open circuit voltage, is critical because the injector will not get sufficient current saturation if there is a voltage shortfall. To obtain a 
good look at this precise point, you will need to shift your Lab Scope to five volts per division. 

You will find that some systems have slight voltage fluctuations here. This can occur if the injector feed wire is also used to power up other 
cycling components, like the ignition coil(s). Slight voltage fluctuations are normal and are no reason for concern. Major voltage fluctuations 
are a different story, however. Major voltage shifts on the injector feed line will create injector performance problems. Look for excessive 
resistance problems in the feed circuit if you see big shifts and repair as necessary. 

Note that circuits with external injector resistors will not be any different because the resistor does not affect open circuit voltage. 

Point "B" is where the driver completes the circuit to ground. This point of the waveform should be a clean square point straight down with no 
rounded edges. It is during this period that current saturation of the injector windings is taking place and the driver is heavily stressed. Weak 
drivers will distort this vertical line. 

Point "C" represents the voltage drop across the injector windings. Point "C" should come very close to the ground reference point, but not 
quite touch. This is because the driver has a small amount of inherent resistance. Any significant offset from ground is an indication of a 
resistance problem on the ground circuit that needs repaired. You might miss this fault if you do not use the negative battery post for your Lab 
Scope hook-up, so it is HIGHLY recommended that you use the battery as your hook-up. 

The points between "B" and "D" represent the time in milliseconds that the injector is being energized or held open. This line at Point "C" 
should remain flat. Any distortion or upward bend indicates a ground problem, short problem, or a weak driver. Alert readers will catch that 
this is exactly opposite of the current controlled type drivers (explained in the next section), because they bend upwards at this point. 

How come the difference? Because of the total circuit resistance. Voltage controlled driver circuits have a high resistance of 12+ ohms that 
slows the building of the magnetic field in the injector. Hence, no counter voltage is built up and the line remains flat. 

On the other hand, the current controlled driver circuit has low resistance which allows for a rapid magnetic field build-up. This causes a 
slight inductive rise (created by the effects of counter voltage) and hence, the upward bend. You should not see that here with voltage 
controlled circuits. 

Point "D" represents the electrical condition of the injector windings. The height of this voltage spike (inductive kick) is proportional to the 
number of windings and the current flow through them. The more current flow and greater number of windings, the more potential for a 
greater inductive kick. The opposite is also true. The less current flow or fewer windings means less inductive kick. Typically you should see a 
minimum 35 volts at the top of Point "D". 

If you do see approximately 35 volts, it is because a zener diode is used with the driver to clamp the voltage. Make sure the beginning top of 
the spike is squared off, indicating the zener dumped the remainder of the spike. If it is not squared, that indicates the spike is not strong 
enough to make the zener fully dump, meaning the injector has a weak winding. 

If a zener diode is not used in the computer, the spike from a good injector will be 60 or more volts. 

Point "E" brings us to a very interesting section. As you can see, the voltage dissipates back to supply value after the peak of the inductive kick. 
Notice the slight hump? This is actually the mechanical injector pintle closing. Recall that moving an iron core through a magnetic field will 
create a voltage surge. The pintle is the iron core here. 

This pintle hump at Point "E" should occur near the end of the downward slope, and not afterwards. If it does occur after the slope has ended 
and the voltage has stabilized, it is because the pintle is slightly sticking because of a faulty injector 

NOTE:

This is GENERAL information. This article is not intended to be specific to any unique situation or 
individual vehicle configuration. For model-specific information see appropriate articles where 
available.

NOTE:

This is GENERAL information. This article is not intended to be specific to any unique situation or 
individual vehicle configuration. For model-specific information see appropriate articles where 
available.

NOTE:

Voltage controlled drivers are also known as "Saturated Switch" drivers. They typically require injector 
circuits with a total leg resistance of 12 ohms or more.

NOTE:

This example is based on a constant power/switched ground circuit.

If you see more than one hump it is because of a distorted pintle or seat. This faulty condition is known as "pintle float".

It is important to realize that it takes a good digital storage oscilloscope or analog lab scope to see this pintle hump clearly. Unfortunately, it 
cannot always be seen. 

 

Fig. 2: Identifying Voltage Controlled Type Injector Pattern

 

INTERPRETING A CURRENT CONTROLLED PATTERN 

See 

Fig. 3

 for pattern that the following text describes.  

Point "A" is where system voltage is supplied to the injector. A good hot run voltage is usually 13.5 or more volts. This point, commonly 
known as open circuit voltage, is critical because the injector will not get sufficient current saturation if there is a voltage shortfall. To obtain a 
good look at this precise point, you will need to shift your Lab Scope to five volts per division. 

You will find that some systems have slight voltage fluctuations here. This could occur if the injector feed wire is also used to power up other 
cycling components, like the ignition coil(s). Slight voltage fluctuations are normal and are no reason for concern. Major voltage fluctuations 
are a different story, however. Major voltage shifts on the injector feed line will create injector performance problems. Look for excessive 
resistance problems in the feed circuit if you see big shifts and repair as necessary. 

Point "B" is where the driver completes the circuit to ground. This point of the waveform should be a clean square point straight down with no 
rounded edges. It is during this period that current saturation of the injector windings is taking place and the driver is heavily stressed. Weak 
drivers will distort this vertical line. 

Point "C" represents the voltage drop across the injector windings. Point "C" should come very close to the ground reference point, but not 
quite touch. This is because the driver has a small amount of inherent resistance. Any significant offset from ground is an indication of a 
resistance problem on the ground circuit that needs repaired. You might miss this fault if you do not use the negative battery post for your Lab 
Scope hook-up, so it is HIGHLY recommended that you use the battery as your hook-up. 

Right after Point "C", something interesting happens. Notice the trace starts a normal upward bend. This slight inductive rise is created by the 
effects of counter voltage and is normal. This is because the low circuit resistance allowed a fast build-up of the magnetic field, which in turn 
created the counter voltage. 

Point "D" is the start of the current limiting, also known as the "Hold" time. Before this point, the driver had allowed the current to free-flow 
("Peak") just to get the injector pintle open. By the time point "D" occurs, the injector pintle has already opened and the computer has just 
significantly throttled the current back. It does this by only allowing a few volts through to maintain the minimum current required to keep the 
pintle open. 

The height of the voltage spike seen at the top of Point "D" represents the electrical condition of the injector windings. The height of this 
voltage spike (inductive kick) is proportional to the number of windings and the current flow through them. The more current flow and greater 

NOTE:

Current controlled drivers are also known as "Peak and Hold" drivers. They typically require injector 
circuits with a total leg resistance with less than 12 ohm.

NOTE:

This example is based on a constant power/switched ground circuit.

number of windings, the more potential for a greater inductive kick. The opposite is also true. The less current flow or fewer windings means 
less inductive kick. Typically you should see a minimum 35 volts. 

If you see approximately 35 volts, it is because a zener diode is used with the driver to clamp the voltage. Make sure the beginning top of the 
spike is squared off, indicating the zener dumped the remainder of the spike. If it is not squared, that indicates the spike is not strong enough to 
make the zener fully dump, meaning there is a problem with a weak injector winding. 

If a zener diode is not used in the computer, the spike from a good injector will be 60 or more volts. 

At Point "E", notice that the trace is now just a few volts below system voltage and the injector is in the current limiting, or the "Hold" part of 
the pattern. This line will either remain flat and stable as shown here, or will cycle up and down rapidly. Both are normal methods to limit 
current flow. Any distortion may indicate shorted windings. 

Point "F" is the actual turn-off point of the driver (and injector). To measure the millisecond on-time of the injector, measure between points 
"C" and "F". Note that we used cursors to do it for us; they are measuring a 2.56 mS on-time. 

The top of Point "F" (second inductive kick) is created by the collapsing magnetic field caused by the final turn-off of the driver. This spike 
should be like the spike on top of point "D". 

Point "G" shows a slight hump. This is actually the mechanical injector pintle closing. Recall that moving an iron core through a magnetic field 
will create a voltage surge. The pintle is the iron core here. 

This pintle hump at Point "E" should occur near the end of the downward slope, and not afterwards. If it does occur after the slope has ended 
and the voltage has stabilized, it is because the pintle is slightly sticking. Some older Nissan TBI systems suffered from this. 

If you see more than one hump it is because of a distorted pintle or seat. This faulty condition is known as "pintle float". 

It is important to realize that it takes a good digital storage oscilloscope or analog lab scope to see this pintle hump clearly. Unfortunately, it 
cannot always be seen. 

 

Fig. 3: Identifying Current Controlled Type Injector Pattern

 

CURRENT WAVEFORM SAMPLES 

EXAMPLE #1 - VOLTAGE CONTROLLED DRIVER 

The waveform pattern shown in Fig. 

Fig. 4

 indicate a normal current waveform from a Ford 3.0L V6 VIN [U] engine. This voltage controlled 

type circuit pulses the injectors in groups of three injectors. Injectors No. 1, 3, and 5 are pulsed together and cylinders 2, 4, and 6 are pulsed 
together. The specification for an acceptable bank resistance is 4.4 ohms. Using Ohm's Law and assuming a hot run voltage of 14 volts, we 
determine that the bank would draw a current of 3.2 amps. 

However this is not the case because as the injector windings become saturated, counter voltage is created which impedes the current flow. 

NOTE:

This is GENERAL information. This article is not intended to be specific to any unique situation or 
individual vehicle configuration. For model-specific information see appropriate articles where 
available.

 

 

 

 

 

 

 

Content   ..  70  71  72  73   ..