Използване на осцилоскоп за наблюдение на сигнали във веригите на системата за управление (Audi A4 B6)

Цифровите мултиметри са чудесни за тестване на статични електрически вериги и за записване на бавни промени в наблюдаваните параметри. При провеждане на динамични тестове на работещ двигател, както и при идентифициране на причините за спорадични повреди, осцилоскопът се превръща в абсолютно незаменим инструмент.

Някои осцилоскопи ви позволяват да запазвате осцилограми във вграден модул с памет с последващо отпечатване на резултатите или прехвърлянето им на устройство на персонален компютър в стационарни условия.

Осцилоскопът ви позволява да наблюдавате периодични сигнали и да измервате напрежение, честота, ширина (продължителност) правоъгълни импулси, както и бавно променящи се нива на напрежение.

Осцилоскопът може да се използва за:

• Откриване на нестабилни повреди.
• Проверка на резултатите от направените корекции.
• Мониторинг на активността на ламбда сондата на системата за управление на двигателя, оборудван с катализатор.
• Анализ на сигнали, генерирани от ламбда сондата, чието отклонение на параметрите от нормата е безусловно доказателство за неизправност на системата за управление като цяло, - от друга страна, правилността на формата на импулсите, генерирани от ламбда сондата, може да служи като надеждна гаранция за липсата на неизправности в системата за управление.

Надеждността и лекотата на използване на съвременните осцилоскопи не изискват специални знания или опит от оператора. Тълкуването на получената информация може лесно да се направи чрез просто визуално сравнение на осцилограмите, направени по време на теста, с типичните времеви зависимости за различни сензори и изпълнителни механизми на автомобилни системи за управление, дадени по-долу.

Параметри на периодични сигнали

Всеки сигнал, записан от осцилоскоп, може да бъде описан с помощта на следните основни параметри:

• Амплитуда: Разликата между максималното и минималното напрежение (V) на сигнала в рамките на периода;
• Период: Продължителност на цикъла на сигнала (ms)
• Честота: Цикли в секунда (Hz);
• Ширина: Продължителност на правоъгълния импулс (ms, μs);
• Работен цикъл: Съотношението на периода на повторение към ширината (В чуждестранната терминология се използва обратното на работния цикъл, наречено работен цикъл, изразено в %);
• Форма на сигнала: Правоъгълна импулсна поредица, пикове, синусоида, трионообразни импулси и др.

Обикновено характеристиките на дефектно устройство се различават значително от референтните, което позволява на оператора лесно и бързо визуално да идентифицира повредения компонент.

Сигнали за постоянен ток - анализира се само напрежението на сигнала.

Сигнали от този вид се генерират от устройствата, показани на илюстрациите по-долу.



Сензор за температурата на охлаждащата течност на двигателя (ECT)





Сензор за температура на входящия въздух (IAT)



Сензор за положение на дросела (TPS)



Подгряване на ламбда сонда



Измервател на обемен въздушен дебит (VAF)





Измервател на масовия въздушен дебит (MAF)

Сигнали за променлив ток - анализират се амплитудата, честотата и формата на сигнала.



Сензор за детонация (KS)



Индуктивен сензор за обороти на двигателя

Честотно модулирани сигнали - анализират се амплитудата, честотата, формата на сигнала и ширината на периодичните импулси. Източниците на такива сигнали са устройствата, показани на илюстрациите по-долу.





Индуктивен сензор за положение на коляновия вал (CKP)



Индуктивен сензор за положение на разпределителния вал (CMP)



Индуктивен сензор за скорост на превозното средство (VSS)



Сензори за скорост и положение на вала с ефект на Хол





Оптични сензори за скорост и положение на вала



Цифрови сензори за термометрично измерване на въздушна маса (MAF) и абсолютно налягане във всмукателния колектор (MAP)

Широчинно импулсно модулирани (PWM) сигнали - анализират се амплитудата, честотата, формата на сигнала и коефициентът на запълване на периодичните импулси. Източниците на такива сигнали са устройствата, показани на илюстрациите по-долу.



Инжектори



Устройства за контрол на скоростта на празен ход (IAC)





Първична намотка на запалителната бобина



Електромагнитен клапан за продухване на въглероден адсорбера (EVAP)



Клапани за рециркулация на отработените газове (EGR)

Формата на сигнала, генериран от осцилоскопа, зависи от много различни фактори и може да варира значително. С оглед на гореизложеното, преди да се пристъпи към подмяна на подозрителен компонент при несъответствие между формата на отстранения диагностичен сигнал и референтната осцилограма, полученият резултат трябва да бъде внимателно анализиран.

Напрежение

Цифров сигнал

Аналогов сигнал

Нулевото ниво на референтния сигнал не може да се счита за абсолютна референтна стойност - "нулата" на реалния сигнал, в зависимост от специфичните параметри на веригата, която се тества, може да бъде изместена спрямо референтния (виж Цифров сигнал [1]) в определен допустим диапазон (виж Цифров сигнал [2] и Аналогов сигнал [1]).

Пълната амплитуда на сигнала зависи от захранващото напрежение на изпитваната верига и може също да варира спрямо референтната стойност в определени граници (вижте Цифров сигнал [3] и Аналогов сигнал [2]).

В постоянните вериги амплитудата на сигнала е ограничена от захранващото напрежение. Пример е веригата за контрол на скоростта на празен ход (IAC), чието сигнално напрежение изобщо не се променя с промени в скоростта на двигателя.

В променливотоковите вериги амплитудата на сигнала вече е ясно зависима от работната честота на източника на сигнала, така че амплитудата на сигнала, генериран от сензора за положение на коляновия вал (CKP), ще се увеличи с увеличаване на скоростта на двигателя.

С оглед на горното, ако амплитудата на сигнала, записан с помощта на осцилоскопа, е прекалено ниска или висока (до изрязване на горните нива), достатъчно е просто да превключите работния диапазон на устройството, като преминете към съответната скала за измерване.



При проверка на оборудването на електромагнитно управлявани вериги (например системата IAC) когато захранването е изключено, могат да се наблюдават скокове на напрежение [4], които могат безопасно да бъдат игнорирани при анализиране на резултатите от измерването.

Също така няма нужда да се притеснявате за появата на такива деформации на осцилограмата като сплескването на долната част на предния фронт на правоъгълни импулси [5], освен ако, разбира се, самият факт на сплескването на фронта не е признак за неизправност на тествания компонент.

Честота

Скоростта на повторение на сигналните импулси зависи от работната честота на източника на сигнала.

Формата на сигнала, който се записва, може да бъде редактирана и доведена до форма, удобна за анализ, чрез превключване на скалата на времевата база на изображението на осцилоскопа.



При наблюдение на сигнали в AC вериги времевата база на осцилоскопа зависи от честотата на източника на сигнала [3], определена от оборотите на двигателя.

Както бе споменато по-горе, за да направите сигнала по-четлив, достатъчно е да превключите скалата на времевата база на осцилоскопа.

В някои случаи характерните промени в сигнала се оказват огледални по отношение на референтните зависимости, което се обяснява с обратимостта на полярността на връзката на съответния елемент и при липса на забрана за промяна на полярността на връзката може да бъде игнорирана по време на анализа.

Типични сигнали на компонентите на системата за управление на двигателя

Съвременните осцилоскопи обикновено са оборудвани само с два сигнални проводника, заедно с набор от различни сонди, което ви позволява да свържете устройството към почти всяко устройство.

Червеният проводник е свързан към положителния извод на осцилоскопа и обикновено е свързан към извод на електронния контролен модул (ECM). Черният проводник трябва да бъде свързан към надеждна заземителна точка (земя).

Инжектори

Съставът на въздушно-горивната смес в съвременните автомобилни електронни системи за впръскване на гориво се контролира чрез своевременно регулиране на продължителността на отваряне на електромагнитните клапани на инжектора.

Продължителността на отвореното състояние на инжекторите се определя от продължителността на електрическите импулси, генерирани от управляващия блок и подавани към входа на електромагнитните клапани. Продължителността на импулса се измерва в милисекунди и обикновено не надвишава диапазона от 1 - 14 ms.



Контролен импулс за отваряне на горивния инжектор

Типична осцилограма на управление на задействане на импулсен инжектор е показана на илюстрацията по-горе. Често осцилограмата може също да покаже поредица от кратки пулсации, които следват непосредствено след иницииращия отрицателен правоъгълен импулс и поддържат електромагнитния клапан на инжектора в отворено състояние, както и рязък положителен скок на напрежението, който придружава момента, в който клапанът се затвори.

Правилното функциониране на ECM може лесно да се провери с помощта на осцилоскоп чрез визуално наблюдение на промените във формата на контролния сигнал при промяна на работните параметри на двигателя. По този начин продължителността на импулсите при въртене на двигателя на празен ход трябва да бъде малко по-висока, отколкото когато устройството работи на ниски обороти. Увеличаването на оборотите на двигателя трябва да бъде придружено от съответно увеличаване на времето, през което инжекторите остават отворени. Тази зависимост е особено очевидна при отваряне на дроселната клапа с кратки натискания на педала за газ.

Като използвате тънката сонда от комплекта, доставен с осцилоскопа, свържете червения проводник на инструмента към клемата на инжектора на ECM системата за управление на двигателя. Заземете надеждно сондата на втория сигнален проводник (черен) на осцилоскопа.

Анализирайте формата на прочетения сигнал, докато двигателят работи.

След стартиране на двигателя проверете формата на управляващия сигнал на празен ход.

Чрез рязко натискане на педала за газ, увеличете оборотите на двигателя до 3000 об / мин - продължителността на управляващите импулси в момента на ускорение трябва да се увеличи значително, с последващо стабилизиране на ниво, равно или малко по-малко от скоростта на празен ход.

Бързото затваряне на дроселовата клапа трябва да доведе до изправяне на осцилограмата, потвърждавайки факта на припокриване на инжекторите (за системи с изключване на горивото).

По време на студен старт двигателят изисква известно обогатяване на сместа въздух-гориво, което се осигурява чрез автоматично увеличаване на продължителността на отваряне на инжекторите. Докато двигателят се загрява, продължителността на управляващите импулси на осцилограмата трябва непрекъснато да намалява, като постепенно се приближава до стойността, характерна за оборотите на празен ход.

При системи за впръскване, които не използват инжектор за студен старт, по време на студен старт на двигателя се използват допълнителни управляващи импулси, които се появяват на осцилограмата като пулсации с променлива дължина.

Таблицата по-долу показва типична зависимост на продължителността на управляващите импулси за отваряне на инжекторите от работното състояние на двигателя.

Индуктивни сензори

Състояние на двигателя	Продължителност на управляващия импулс, ms
Празни удари	1.5÷5
2000÷3000 об./мин.	1.1÷3.5
Пълна газ	8.2÷3.5

Стартирайте двигателя и сравнете осцилограмата, взета от изхода на индуктивния датчик, с дадения еталон.

Увеличаването на оборотите на двигателя трябва да бъде придружено от увеличаване на амплитудата на импулсния сигнал, генериран от сензора.

Електромагнитен клапан за контрол на скоростта на празен ход (IAC)

В автомобилната индустрия се използват IAC електромагнитни клапани от много различни видове, които също произвеждат сигнали с различни форми.

Обща отличителна черта на всички клапани е фактът, че работният цикъл на сигнала трябва да намалява с увеличаване на натоварването на двигателя, свързано с включването на допълнителни консуматори на енергия, което води до намаляване на скоростта на празен ход.

Ако работният цикъл на осцилограмата се променя с увеличаване на натоварването, но когато потребителите са включени, има нарушение на стабилността на празен ход, проверете състоянието на веригата на електромагнитния клапан, както и правилността на командния сигнал, издаден от ECM.

Обикновено 4-полюсен стъпков двигател се използва във вериги за управление на скоростта на празен ход, което е описано по-долу. 2-пиновите и 3-пиновите IAC вентили се тестват по подобен начин, но вълновите форми на сигналните напрежения, които произвеждат, са напълно различни.

Стъпковият двигател, отговаряйки на пулсиращия управляващ сигнал, издаден от ECM, прави стъпаловидни настройки на оборотите на празен ход на двигателя в съответствие с работната температура на охлаждащата течност и текущото натоварване на двигателя.

Нивата на управляващия сигнал могат да се проверят с помощта на осцилоскоп, чиято измервателна сонда е свързана последователно към всеки от четирите извода на стъпковия двигател.

Загрейте двигателя до нормална работна температура и го оставете да работи на празен ход.

За да увеличите натоварването на двигателя, включете фаровете, климатика или, при моделите със сервоуправление, завъртете волана. Оборотите на празен ход трябва да спаднат за кратко, но след това веднага да се стабилизират отново поради работата на IAC клапана.



Сравнете заснетата осцилограма с предоставената еталонна.

Ламбда сонда (сензор за кислород)

Предупреждение: Този раздел съдържа вълнови форми, типични за най-често използваните кислородни сензори от циркониев тип в превозни средства, които не използват референтно напрежение от 0,5 V. Напоследък титаниевите сензори стават все по-популярни; техният работен диапазон на сигнала е 0 - 5 V, като при изгаряне на бедна смес се генерира високо напрежение, а при изгаряне на богата смес - ниско ниво на напрежение.

Свържете осцилоскоп между клемата на ламбда сондата на ECM и масата.

Уверете се, че двигателят е загрял до нормална работна температура.



Сравнете осцилограмата, показана на екрана на глюкомера, с предоставената референтна зависимост.

Ако разчетеният сигнал не е вълнообразен, а е линейна зависимост, тогава, в зависимост от нивото на напрежение, това показва прекомерна бедност (0-0,15 V) или прекомерно обогатяване (0,6-1 V) на сместа въздух-гориво.

Ако се появи нормален вълнообразен сигнал на празен ход на двигателя, опитайте да натиснете рязко педала на газта няколко пъти - колебанията на сигнала не трябва да надхвърлят диапазона от 0-1 V.

Увеличаването на оборотите на двигателя трябва да бъде придружено от увеличаване на амплитудата на сигнала, а намаляването - от намаляване.

Сензор за детонация (KS)

Свържете осцилоскоп между клемата на сензора за детонация на ECM и земята.

Уверете се, че двигателят е загрял до нормална работна температура.



Натиснете рязко педала на газта и сравнете формата на записвания променливотоков сигнал с предоставената еталонна осцилограма.

Ако изображението не е достатъчно ясно, леко почукайте цилиндровия блок в областта, където се намира сензорът за детонация.

Ако не е възможно да се получи недвусмислена форма на сигнала, сменете сензора или проверете състоянието на окабеляването му.

Сигнал за запалване на изхода на усилвателя

Свържете осцилоскоп между клемата на усилвателя на запалването на ECM и земята.

Загрейте двигателя до нормална работна температура и го оставете да работи на празен ход.



Екранът на осцилоскопа трябва да показва последователност от правоъгълни DC импулси. Сравнете формата на получения сигнал с предоставената референтна осцилограма, като обърнете голямо внимание на съвпадението на такива параметри като амплитуда, честота и форма на импулса.

С увеличаването на оборотите на двигателя честотата на сигнала трябва да нараства правопропорционално.

Първична намотка на запалителната бобина

Свържете осцилоскоп между клемата на бобината на запалването на ECM и масата.

Загрейте двигателя до нормална работна температура и го оставете да работи на празен ход.



Сравнете формата на получения сигнал с предоставената еталонна осцилограма - положителните удари на напрежението трябва да имат постоянна амплитуда.

Неравномерността на пренапреженията може да бъде причинена от прекомерно съпротивление на вторичната намотка, както и от дефектно състояние на проводника за високо напрежение на бобината или проводника на свещта.

Статията е копирана от уебсайта: AudiManual