Fiat Ducato problem z odpaleniem

Autor: Nick Hibberd

Samochód to Fiat Ducato 2004 2,8 JTD, klient skarżył się na problemy z odpaleniem. Silnik kręcił z dobrą prędkością jednak zabierało mu trochę czasu zanim ostatecznie odpali. Po uruchomieniu silnik pracował prawidłowo, klient poinformował mnie, że w samochodzie zerwał się pasek rozrządu jednak awaria ta została naprawiona u bardzo dobrego mechanika. Klient twierdził, że aktualny problem najpewniej dotyczy głowicy. Samochód odwiedził już wiele lokalnych warsztatów, które wystawiały różne diagnozy od złego przesunięcia rozrządu po wymianę niektórych czujników. Samochód ostatecznie trafił do warsztatu znajomego, który poprosił mnie o wydanie opinii.

Po podłączeniu diagnoskopu do komputera znalazłem jeden błąd DTC - ENGINE RPM/CAM SYNCHRONISATION. Znalezisko to rzuciło cień podejrzeń na wcześniej wymienione czujniki położenia wałka rozrządu oraz położenia wału korbowego. Błąd pojawiał sie za każdym razem przy uruchamianiu silnika. Jednak już po jego odpaleniu błąd można było wykasować i pojawiał się on dopiero przy następnej próbie uruchomienia silnika. Obserwując dane rzeczywiste, zauważyłem że parametr synchronizacji wymagał długiego oczekiwania zanim zmienił się na TAK. Jeśli ECM nie chwyci synchronizacji to nie będzie mógł zidentyfikować cylindrów oraz dostarczać paliwa.

figure 1

Kolejnym krokiem było podpięcie oscyloskopu samochodowego do wyjścia czujnika położenia wału korbowego oraz wyjścia czujnika położenia wałka rozrządu. Samochód ten używał czujnika indukcyjnego wału korbowego oraz czujnika Halla kontrolującego wałek rozrządu. Rys.1 przedstawia przebieg zapisany w trakcie problematycznego uruchamiania silnika. Widać na nim wyraźnie, że problem dotyczy sygnału pochodzącego z czujnika wałka rozrządu (zielony). Na początku kręcenia silnikiem całkowicie brakuje sygnału, progresywnie pojawia się on wraz z upływem czasu. Przy końcu przebiegu widzimy, że sygnał robi się na tyle stabilny że ECM może rozpoznać prawidłowe indeksowanie co pozwala na uruchomienie silnika.

Po takich wstępnych odkryciach uznałem, że należy dokładnie przyjrzeć się obwodowi czujnika położenia wałka rozrządu.

figure 2

Rys.2 pokazuje kolejną próbę uruchomienia silnika, na przebiegu widzimy opóźnienie oraz nieregularny sygnał pochodzący z czujnika. W tym przebiegu monitorowałem zasilanie oraz masę czujnika, obie wartości były poprawne w trakcie wystąpienia awarii. Mimo że sygnał jest nieregularny to nie widać żadnego wycieku napięcia: dwa stany 0V oraz 5V pozostają cały czas spójne. Dodatkowo przełączenia pomiędzy stanami są czyste, dają idealny impuls prostokątny. Problemem jest szerokość impulsu oraz brak synchronizacji.

Przyczyną awarii jest czujnik położenia wałka rozrządu, który nie potrafi wygenerować dobrego impulsu na początku kręcenia silnikiem. Dlaczego tak się dzieje?

CMP sensor

CMP sensor gap

W opisywanym siniku czujnik umiejscowiony jest na górze obok koła rozrządu. Zamocowany jest on na uchwycie i może być montowany na nim tylko w jeden sposób. Jednak sam uchwyt mocujący czujnik pozwala na znaczne regulowanie odległości od/do koła rozrządu. Zaletą takiego rozwiązania jest możliwość precyzyjnego wyregulowania sygnału.

Częstymi problemami związanymi z czujnikami położenia wałka rozrządu jest ustawienie odpowiedniej odległości pomiędzy czujnikiem a obracającym się kołem. Przerwa pomiędzy kołem a czujnikiem może być zbyt duża by wzbudzić pole magnetyczne czujnika. Często z powodu budowy sinika nie można dostrzec odległości pomiędzy czujnikiem a kołem rozrządu. W takiej sytuacji mimo iż wydaje się, że uchwyt został równo dopasowany nie zawsze sygnał wyjściowy czujnika będzie dobry. Jedyną możliwością zbadania poprawności sygnału jest jego monitorowanie oscyloskopem samochodowym. Na szczęście w naszym przypadku bardzo łatwo było sprawdzić odległość pomiędzy czujnikiem a kołem rozrządu, była on poprawna. Oprócz odległości jest jeszcze jeden czynnik, który należy brać pod uwagę.

Pamiętamy, że czujnik ten do swojej pracy wykorzystuje efekt Halla. Zasada jego działania jest prosta, po wykryciu pola magnetycznego następuje przerzucenie stanu z wysokiego na niski lub odwrotnie. czujnik ten nie daje sygnałów pośrednich, zawsze jest blisko masy lub napięcia zasilania.

DC pulse

Jedną z zalet efektu Halla jest to, że jego dokładność nie zależy od prędkości, pozwala to rozpoznać określony stan przy każdej prędkości lub nawet przy całkowitym zatrzymaniu. Ta operacyjna charakterystyka jest kluczowa dla zrozumienia przyczyny problemu. Jeśli wykorzystamy tą informacje do analizy naszego czujnika i jego położenia przyczyna awarii staje się oczywista, tak jak widać na zdjęciu niemal 1/3 powierzchni czujnika jest przysłonięta na stałe przez obręcz koła rozrządu. Oznacza to, że nawet w trakcie gdy przesuwający się znacznik na kole jest nieobecny to i tak czujnik może wykryć jego istnienie. W takim przypadku stan niski (brak znacznika) najprawdopodobniej nie zostanie wykryty przez pole magnetyczne co spowoduje niewłaściwe zaraportowanie obecności znacznika koła rozrządu.

re-alinging CMP sensor

Wymontowałem uchwyt czujnika a następnie zamontowałem go na podkładce w celu podwyższenia czujnika ponad koło rozrządu. Dodatkowo upewniłem się, że znacznik koła wyraźnie przejdzie przed czujnikiem. Takie zamontowanie czujnika położenia wałka rozrządu powinno powodować dobre, magnetyczne rozróżnienie pomiędzy dwoma stanami. 

figure 3

Rys. 3 przedstawia przebieg zapisany po dopasowaniu położenia czujnika. Widać na nim natychmiast odpowiedz czujnika położenia wałka rozrządu jak i dużo szybszy czas odpalenia silnika. Przebieg również pokazuje powrót czujnika do wartości 5V z włączonym zapłonem. Na Rys.2 z włączonym zapłonem wyjście naszego czujnika pozostawało w stanie 0V - widzimy teraz ,że było to spowodowane "blokowaniem" pola magnetycznego czujnika przez koło rozrządu.

Był to nietypowy problem. Zdecydowana większość czujników położenia koła rozrządu jest albo zamocowane przy głowicy lub na stałe przylegają do pompy. Nie jest to związane z tym szczególnym problemem, jednak czy zauważyłeś wartość zapisanego sygnału czujnika położenia wału korbowego? Napięcie zmienne 32V w trakcie kręcenia oraz 65 VAC na biegu jałowym. Co zadziwiające komponent ten jest czujnikiem prędkości.  Wartości te były zbyt agresywne dlatego zadecydowałem, że obniżę je do bardziej poprawnych wartości, założyłem zakres 15-20 VAC na biegu jałowym - zazwyczaj tworzy to dobre napięcie indukowane w trakcie kręcenia oraz utrzymuje bezpieczne napięcie przy wysokich obrotach.

Wskazówka: Nie weryfikuj pracy czujnika poprze przykładanie języka do końca kabla!

PicoScope pliki

*do przeprowadzonego badania użyto oscyloskop samochodowy USB PICO PicoScope 4423