Fiat Stilo ECU defect of timingprobleem?

Automotive Test Scope ATS5004D

4-kanaals automotive-oscilloscoop met differentiële ingangen

Hand-triggerknop

De Automotive Test Scope ATS5004D wordt in dit artikel ook naar verwezen als automotive oscilloscoop, als diagnose-oscilloscoop en als labscoop.

Een Fiat-dealer probeerde een Fiat Stilo die 50% van de tijd niet wilde aanslaan te repareren. In het geval dat de motor wel aansloeg, liep deze normaal, volgens de monteur. De auto werd onderzocht met Fiat-testapparatuur. Er werden diverse foutcodes uitgelezen, maar geen van de foutcodes kon gerelateerd worden aan dit probleem. De monteur die aan de auto werkte, suggereerde dat er wellicht een CAN-bus-probleem is. Dat leek verklaarbaar, want tijdens het starten viel alle informatie op het dashboard weg. De elektronica van het sleutel-transpondersysteem bevindt zich vaak in het dashboard, dus dat zou het niet-starten kunnen verklaren.

De Fiat-dealer zocht contact met GMTO voor advies. GMTO adviseerde de CAN-bus-signalen tijdens het starten te meten met een diagnose-oscilloscoop. De signalen werden gemeten en naar GMTO gestuurd en daar geanalyseerd. Ze zijn te zien in figuur 1. De eerste indruk is dat de CAN-bus-signalen vervormd lijken. Echter, de CAN-bus gebruikt een differentieel signaal om fouten door stoorinvloeden van buiten te verminderen. Het signaal lijkt vervormd, maar is in orde, zoals te zien is in het verschilsignaal wat is gemaakt door het CAN-L-signaal van het CAN-H-signaal af te trekken.

Het niet-starten werd hoogstwaarschijnlijk niet hierdoor veroorzaakt. Er werd besloten de auto naar GMTO te brengen.

Nadat de auto bij GMTO was aangekomen werden meer metingen aan het dashboard uitgevoerd. Het bleek dat tijdens het starten de voedingsspanning van het dashboard onder 6 V zakte. Een slechte accu bleek daarvan de boosdoener en die werd vervangen door een nieuwe accu. Dit loste de dashboard-problemen op, maar de auto bleef slecht starten.

De volgende stap was het meten van de belangrijkste ingangssignalen voor de ECU zodat die injectie- en ontsteeksignalen kan opwekken: het krukassignaal en het nokkenassignaal. Ook werden de ontsteekpuls naar de bobine en de stuurpuls voor de injector gemeten. Gemeten werd met een 4-kanaals differentiële automotive oscilloscoop. Gebruik van een differentiële scope heeft als voordeel dat de meetsnoeren op elke willekeurige manier aangesloten kunnen worden, zonder risico op kortsluiting via de oscilloscoop. Alle benodigde signalen bleken aanwezig te zijn, zie figuur 2.

Maar waarom wilde de motor niet aanslaan? De auto werd gestart en de signalen gemeten totdat de motor aansloeg (figuur 3).

De twee metingen werden toen vergeleken.

De volgende vier signalen zijn te zien in het beeld van de labscoop:

• Het bovenste signaal is het signaal van de inductieve krukassensor. Deze sensor wekt een wisselspanning op. Het vliegwiel heeft metalen tanden die de sensor op korte afstand passeren, als die draait. Als een tand de sensor nadert, neemt de spanning in positieve richting toe. Als een tand zich verwijdert van de sensor, wordt de spanning negatief. Het signaal in de Fiat Stilo is opmerkelijk omdat het twee "pulsen" kort na elkaar heeft, dan een korte tijd niets en dan nog een enkele "puls". Dat patroon komt twee keer voor per omwenteling van de krukas.
• Het tweede signaal is het nokkenassignaal. Dit signaal wordt opgewekt met een HALL-sensor, die bij activatie de uitgang naar nul schakelt. Hierdoor wekt deze sensor altijd een blokspanning op, in dit geval tussen +5 en 0 V. Omdat de nokkenas half zo snel draait als de krukas, komt de ontsteekpuls voor een cilinder slechts een keer voor per omwenteling van de nokkenas.
• Signaal drie is de puls die naar de onstekingsmodule wordt gestuurd. Bij de opgaande flank van deze puls begint er een stroom door de primaire spoel van de bobine te lopen. De neergaande flank is het ontsteekmoment, waarbij de stroom door de bobine wordt afgeschakeld.
• Signaal vier is een injectorsignaal.

De fout was snel gevonden, injectorpatroon en ontsteekpatroon waren totaal verschoven tussen de twee metingen (figure 2 en 3). Na meten en berekenen werd ontdekt dat in de situatie waar de motor niet aanslaat (figuur 2), het ontsteekmoment en het injectiemoment 180 graden verschoven waren ten opzichte van de situatie waar de motor wel aanslaat (figuur 3). Ofwel, de bougie vonkt op het moment dat de zuiger in de onderste stand staat.

Figuur 3 toont het juiste injectie- en ontsteekpatroon. In figuur 2 wordt de ontsteekpuls opgewekt in het tweede lange hoge gedeelte van de puls van de nokkenas (motor loopt niet). In figuur 3 wordt de puls opgewekt in het eerste lange lage gedeelte van de puls (juiste positie en motor loopt).

De fout was gevonden, maar de oorzaak nog niet. Er zijn duidelijk geen ingangen van de ECU die zo'n grote verschuiving van injectie- en ontsteekmomenten kunnen veroorzaken, dus een probleem met een individuele sensor valt af. Twee mogelijke oorzaken bleven over: de ECU zelf of de signalen van de gecombineerde nokkenas/krukassensor.

Omdat een ECU in de praktijk vrijwel nooit defect is, werd verwacht dat het probleem bij de nokkenas/krukas-timing vandaan zou komen. Als deze signalen in tijd verschoven zijn, zal de ECU de verkeerde conclusie trekken met betrekking tot de stand van de nokkenas en krukas en een verkeerd injectie- en ontsteekpatroon opwekken.

GMTO had nog geen referentiepatroon van een goed functionerende Stilo in hun database. De Fiat-dealer had nog eenzelfde Stilo staan waar ook een meting op verricht werd, om de juiste relatie tussen de sensorsignalen te bepalen.

De timing bij deze auto was duidelijk anders dan bij de probleemauto. Figuur 4 toont de timing van de nokkenas en de krukas van de goede auto.

De twee witte lijnen zijn geplaatst op kenmerkende punten in het patroon en geven de verschillen aan. De eerste lijn is geplaatst op de neergaande flank van de korte puls van de nokkenassensor en de tweede lijn op de nuldoorgang van het krukassignaal. Deze twee momenten zijn duidelijk verschillend bij de juiste auto, terwijl de bij de probleemauto gelijk zijn. Het blijkt dat deze auto een eenvoudige timingfout heeft tussen krukas en nokkenas, waarbij de nokkenas achterloopt.

In eerste instantie wees niets op een verkeerde afstelling, als de motor wilde aanslaan liep hij immers goed, volgens de monteur. Toch moet er dan ook een probleem zijn geweest omdat een verkeerde afstelling van de nokkenas altijd significant vermogenverlies geeft. Later bleek dat verkeerd afstelgereedschap was gebruikt om de afstelling te controleren en af te stellen.

Uiteindelijk heeft reparatie van deze auto (te) veel gekost.

R. Metzelaar