Spis treści: Parametry sygnałów okresowych ↓ Woltaż ↓ Częstotliwość ↓ Typowe sygnały komponentów układu… ↓ Wtryskiwacze ↓ Czujniki indukcyjne ↓ Zawór elektromagnetyczny sterujący… ↓ Sonda lambda (czujnik tlenu) ↓ Czujnik spalania stukowego (KS) ↓ Sygnał zapłonu na wyjściu wzmacniacza ↓ Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej ↓
Cyfrowe multimetry świetnie nadają się do testowania obwodów elektrycznych i rejestrowania powolnych zmian monitorowanych parametrów. Podczas przeprowadzania testów dynamicznych pracującego silnika, a także przy ustalaniu przyczyn sporadycznych usterek, oscyloskop staje się narzędziem absolutnie niezastąpionym.
Niektóre oscyloskopy pozwalają na zapis oscylogramów w wbudowanym module pamięci, a następnie wydruk wyników lub przeniesienie ich na dysk komputera osobistego w warunkach stacjonarnych.
Oscyloskop pozwala na obserwację sygnałów okresowych oraz pomiar napięcia, częstotliwości, szerokości (czas trwania) impulsy prostokątne oraz powoli zmieniające się poziomy napięcia.
Oscyloskop może być używany do:
- Wykrywanie niestabilnych awarii.
- Sprawdzanie efektów wprowadzonych korekt.
- Monitorowanie aktywności sondy lambda układu sterowania silnikiem wyposażonym w katalizator.
- Analiza sygnałów generowanych przez sondę lambda, których odchylenia parametrów od normy stanowią bezwzględny dowód nieprawidłowego działania całego układu sterowania - poprawność kształtu impulsów generowanych przez sondę lambda może natomiast służyć jako wiarygodna gwarancja braku nieprawidłowości w działaniu układu sterowania.
Niezawodność i łatwość obsługi nowoczesnych oscyloskopów nie wymagają od operatora żadnej specjalistycznej wiedzy ani doświadczenia. Interpretację uzyskanych informacji można łatwo przeprowadzić, porównując wizualnie oscylogramy wykonane podczas testu z typowymi zależnościami czasowymi różnych czujników i elementów wykonawczych układów sterowania samochodowego podanymi poniżej.
Parametry sygnałów okresowych
Każdy sygnał zarejestrowany przez oscyloskop można opisać za pomocą następujących podstawowych parametrów:
- Amplituda: Różnica między maksymalnym i minimalnym napięciem (V) sygnału w okresie;
- Okres: Czas trwania cyklu sygnału (ms)
- Częstotliwość: Cykle na sekundę (Hz);
- Szerokość: Czas trwania impulsu prostokątnego (ms, μs);
- Cykl pracy: Stosunek okresu powtarzania do szerokości (w terminologii obcej stosuje się odwrotność współczynnika wypełnienia, zwaną współczynnikiem wypełnienia, wyrażony w %);
- Forma sygnału: Ciągi impulsów prostokątnych, impulsy szczytowe, fala sinusoidalna, impulsy piłokształtne itp.
Z reguły parametry uszkodzonego urządzenia znacznie różnią się od parametrów urządzeń wzorcowych, co pozwala operatorowi na łatwą i szybką identyfikację wzrokową uszkodzonego podzespołu.
Sygnały prądu stałego - analizowane jest tylko napięcie sygnału.
Sygnały tego typu generowane są przez urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach.
Czujnik temperatury płynu chłodzącego silnika (ECT)
Czujnik temperatury powietrza dolotowego (IAT)
Czujnik położenia przepustnicy (TPS)
Podgrzewana sonda lambda
Miernik przepływu powietrza objętościowego (VAF)
Miernik przepływu masowego powietrza (MAF)
Sygnały prądu przemiennego - analizowana jest amplituda, częstotliwość i kształt sygnału.
Czujnik spalania stukowego (KS)
Indukcyjny czujnik prędkości silnika
Sygnały o modulacji częstotliwości - analizowana jest amplituda, częstotliwość, kształt sygnału i szerokość impulsów okresowych. Źródłem takich sygnałów są urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach.
Czujnik położenia wału korbowego indukcyjny (CKP)
Czujnik położenia wałka rozrządu indukcyjny (CMP)
Indukcyjny czujnik prędkości pojazdu (VSS)
Czujniki prędkości i położenia wału wykorzystujące efekt Halla
Czujniki optyczne prędkości i położenia wału
Cyfrowe czujniki do pomiaru termometrycznego masy powietrza (MAF) i ciśnienia bezwzględnego w kolektorze dolotowym (MAP)
Sygnały z modulacją szerokości impulsu (PWM) - analizowana jest amplituda, częstotliwość, kształt sygnału i współczynnik wypełnienia impulsów okresowych. Źródłem takich sygnałów są urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach.
Wtryskiwacze
Urządzenia do sterowania prędkością biegu jałowego (IAC)
Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej
Elektromagnetyczny zawór odpowietrzający węglowego adsorpcyjnej (EVAP)
Zawory recyrkulacji spalin (EGR)
Kształt sygnału generowanego przez oscyloskop zależy od wielu różnych czynników i może się znacznie różnić. Mając na uwadze powyższe, przed przystąpieniem do wymiany podejrzanego podzespołu, w przypadku stwierdzenia rozbieżności pomiędzy kształtem usuniętego sygnału diagnostycznego a oscylogramem odniesienia, należy szczegółowo przeanalizować uzyskany wynik.
Woltaż
Sygnał cyfrowy
Sygnał analogowy
Poziom zerowy sygnału odniesienia nie może być traktowany jako wartość odniesienia bezwzględnego – "zero" sygnału rzeczywistego, w zależności od konkretnych parametrów badanego obwodu, może być przesunięte względem sygnału odniesienia (patrz Sygnał cyfrowy [1]) w pewnym dopuszczalnym zakresie (patrz Sygnał cyfrowy [2] i Sygnał analogowy [1]).
Pełna amplituda sygnału zależy od napięcia zasilania testowanego obwodu i może się także zmieniać w stosunku do wartości odniesienia w określonych granicach (patrz Sygnał cyfrowy [3] i Sygnał analogowy [2]).
W obwodach prądu stałego amplituda sygnału jest ograniczona przez napięcie zasilania. Przykładem jest układ Idle Speed Control (IAC), którego napięcie sygnału nie zmienia się wcale przy zmianie prędkości obrotowej silnika.
W obwodach prądu przemiennego amplituda sygnału jest już wyraźnie zależna od częstotliwości roboczej źródła sygnału, więc amplituda sygnału generowanego przez czujnik położenia wału korbowego (CKP) będzie wzrastać wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.
W związku z powyższym, jeżeli amplituda sygnału zarejestrowanego za pomocą oscyloskopu jest nadmiernie niska lub zbyt wysoka, (aż do wycięcia górnych poziomów), wystarczy po prostu zmienić zakres roboczy urządzenia, przesuwając się na odpowiednią skalę pomiarową.
Podczas sprawdzania urządzeń obwodów sterowanych elektromagnetycznie (na przykład system IAC) w przypadku odłączenia zasilania mogą wystąpić skoki napięcia [4], które można bezpiecznie zignorować podczas analizy wyników pomiarów.
Nie należy również obawiać się pojawienia się takich deformacji oscylogramu, jak spłaszczenie dolnej części przedniej krawędzi impulsów prostokątnych [5], o ile oczywiście sam fakt spłaszczenia czoła nie jest oznaką nieprawidłowego działania badanego elementu.
Częstotliwość
Częstotliwość powtarzania impulsów sygnałowych zależy od częstotliwości roboczej źródła sygnału.
Kształt rejestrowanego sygnału można edytować i dostosować do formy wygodnej do analizy, zmieniając skalę podstawy czasu obrazu na oscyloskopie.
Podczas obserwacji sygnałów w obwodach prądu przemiennego podstawa czasu oscyloskopu zależy od częstotliwości źródła sygnału [3], określonej przez prędkość obrotową silnika.
Jak wspomniano powyżej, aby sygnał stał się bardziej czytelny, wystarczy przełączyć skalę podstawy czasu oscyloskopu.
W niektórych przypadkach charakterystyczne zmiany sygnału okazują się być lustrzanym odbiciem w stosunku do zależności odniesienia, co tłumaczy się odwracalnością biegunowości połączenia odpowiedniego elementu i w przypadku braku zakazu zmiany biegunowości połączenia można je pominąć w trakcie analizy.
Typowe sygnały komponentów układu sterowania silnikiem
Nowoczesne oscyloskopy są zwykle wyposażone tylko w dwa przewody sygnałowe i zestaw różnorodnych sond, co pozwala na podłączenie urządzenia do niemal każdego urządzenia.
Czerwony przewód podłącza się do dodatniego zacisku oscyloskopu, a zazwyczaj do zacisku modułu sterowania elektronicznego (ECM). Czarny przewód należy podłączyć do niezawodnego punktu uziemienia (masy).
Wtryskiwacze
Skład mieszanki paliwowo-powietrznej w nowoczesnych elektronicznych układach wtrysku paliwa w samochodach jest kontrolowany poprzez odpowiednią regulację czasu otwarcia zaworów elektromagnetycznych wtryskiwaczy.
Czas trwania stanu otwarcia wtryskiwaczy jest uzależniony od czasu trwania impulsów elektrycznych generowanych przez jednostkę sterującą i podawanych na wejście zaworów elektromagnetycznych. Czas trwania impulsu mierzony jest w milisekundach i zwykle nie przekracza zakresu 1–14 ms.
Impuls sterujący otwarciem wtryskiwacza paliwa
Typowy oscylogram sterowania wyzwalającego wtryskiwacz impulsowy pokazano na powyższej ilustracji. Często oscylogram może również pokazywać serię krótkich pulsacji, które następują bezpośrednio po inicjującym ujemnym impulsie prostokątnym i utrzymują zawór elektromagnetyczny wtryskiwacza w stanie otwartym, a także gwałtowny dodatni skok napięcia, który towarzyszy momentowi zamknięcia zaworu.
Prawidłowe działanie modułu ECM można łatwo zweryfikować za pomocą oscyloskopu, wizualnie obserwując zmiany kształtu sygnału sterującego przy zmianie parametrów pracy silnika. Dlatego czas trwania impulsów przy pracy silnika na biegu jałowym powinien być nieznacznie dłuższy niż w przypadku pracy jednostki na niskich obrotach. Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinno towarzyszyć odpowiednie wydłużenie czasu otwarcia wtryskiwaczy. Zależność ta jest szczególnie widoczna przy otwieraniu przepustnicy poprzez krótkie naciśnięcie pedału gazu.
Za pomocą cienkiej sondy z zestawu dostarczonego z oscyloskopem podłącz czerwony przewód narzędzia do zacisku wtryskiwacza układu zarządzania silnikiem ECM. Dokładnie uziemić sondę drugiego przewodu sygnałowego (czarnego) oscyloskopu.
Przeanalizuj kształt sygnału odczytywanego podczas rozruchu silnika.
Po uruchomieniu silnika należy sprawdzić kształt sygnału sterującego na biegu jałowym.
Mocno naciskając pedał gazu, należy zwiększyć obroty silnika do 3000 obr/min – czas trwania impulsów sterujących w chwili przyspieszania powinien wyraźnie się wydłużyć, a następnie ustabilizować się na poziomie równym lub nieznacznie niższym od obrotów biegu jałowego.
Gwałtowne zamknięcie przepustnicy powinno spowodować wyprostowanie się oscylogramu, potwierdzając fakt zachodzenia na siebie wtryskiwaczy (dla systemów z odcięciem paliwa).
Podczas zimnego rozruchu silnika zachodzi potrzeba pewnego wzbogacenia mieszanki paliwowo-powietrznej, co jest zapewniane poprzez automatyczne zwiększenie czasu otwarcia wtryskiwaczy. W miarę nagrzewania się silnika czas trwania impulsów sterujących na oscylogramie powinien ulegać ciągłemu zmniejszaniu, stopniowo zbliżając się do wartości charakterystycznej dla biegu jałowego.
W układach wtryskowych, w których nie zastosowano wtryskiwacza do zimnego rozruchu silnika, podczas zimnego rozruchu silnika stosowane są dodatkowe impulsy sterujące, które na oscylogramie pojawiają się w postaci pulsacji o zmiennej długości.
Poniższa tabela przedstawia typową zależność czasu trwania impulsów sterujących otwarciem wtryskiwaczy od stanu pracy silnika.
Czujniki indukcyjne
| Stan silnika | Czas trwania impulsu sterującego, ms |
| Bezczynne uderzenia | 1.5÷5 |
| 2000÷3000 obr./min. | 1.1÷3.5 |
| Pełna moc | 8.2÷3.5 |
Uruchom silnik i porównaj oscylogram pobrany z wyjścia czujnika indukcyjnego z podanym punktem odniesienia.
Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinien towarzyszyć wzrost amplitudy sygnału impulsowego generowanego przez czujnik.
Zawór elektromagnetyczny sterujący prędkością biegu jałowego (IAC)
W przemyśle motoryzacyjnym stosuje się wiele różnych typów zaworów elektromagnetycznych IAC, wytwarzających sygnały o różnym kształcie.
Wspólną cechą wyróżniającą wszystkie zawory jest fakt, że współczynnik wypełnienia sygnału musi się zmniejszać wraz ze wzrostem obciążenia silnika, związanego z włączeniem dodatkowych odbiorników energii, co powoduje zmniejszenie prędkości biegu jałowego.
Jeżeli współczynnik wypełnienia oscylogramu zmienia się wraz ze wzrostem obciążenia, a po włączeniu odbiorników następuje naruszenie stabilności prędkości obrotowej biegu jałowego, należy sprawdzić stan obwodu zaworu elektromagnetycznego, a także poprawność sygnału sterującego wydanego przez ECM.
Silnik krokowy 4-biegunowy jest zwykle stosowany w obwodach sterowania prędkością biegu jałowego, jak opisano poniżej. Lampy IAC 2-pinowe i 3-pinowe testuje się w podobny sposób, ale kształty przebiegów napięć sygnałów, jakie wytwarzają, są zupełnie inne.
Silnik krokowy, reagując na pulsujący sygnał sterujący wysyłany przez ECM, dokonuje stopniowej regulacji prędkości obrotowej biegu jałowego silnika zależnie od temperatury roboczej płynu chłodzącego i aktualnego obciążenia silnika.
Poziomy sygnału sterującego można sprawdzić za pomocą oscyloskopu, którego sondę pomiarową podłącza się kolejno do każdego z czterech zacisków silnika krokowego.
Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozwól mu pracować na biegu jałowym.
Aby zwiększyć obciążenie silnika, włącz reflektory, klimatyzację lub, w modelach ze wspomaganiem kierownicy, obróć kierownicę. Prędkość obrotowa biegu jałowego powinna na krótko spaść, ale potem natychmiast się ustabilizować dzięki działaniu zaworu IAC.
Porównaj zarejestrowany oscylogram z podanym oscylogramem referencyjnym.
Sonda lambda (czujnik tlenu)
Ostrzeżenie: W tej sekcji znajdują się przebiegi typowe dla najczęściej stosowanych w pojazdach czujników tlenowych typu cyrkonowego, które nie wykorzystują napięcia odniesienia 0,5 V. Ostatnio coraz większą popularnością cieszą się czujniki tytanowe. Zakres ich sygnału roboczego wynosi 0 - 5 V, przy czym wysoki poziom napięcia generowany jest podczas spalania ubogiej mieszanki, a niski poziom napięcia podczas spalania bogatej mieszanki.
Podłącz oscyloskop pomiędzy zacisk sondy lambda na module ECM a masę.
Upewnij się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej.
Porównaj oscylogram wyświetlany na ekranie miernika z podaną zależnością odniesienia.
Jeżeli odczytywany sygnał nie ma charakteru falowego, lecz jest zależnością liniową, to w zależności od poziomu napięcia świadczy to o nadmiernym ubogości (0-0,15 V) lub nadmiernym wzbogaceniu (0,6-1 V) mieszanki paliwowo-powietrznej.
Jeżeli na biegu jałowym silnika występuje normalny sygnał o charakterze falowym, należy spróbować kilkukrotnie mocno nacisnąć pedał gazu - wahania sygnału nie powinny wykraczać poza zakres 0-1 V.
Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinien towarzyszyć wzrost amplitudy sygnału, a jej zmniejszeniu - spadek.
Czujnik spalania stukowego (KS)
Podłącz oscyloskop między zaciskiem czujnika spalania stukowego ECM a masą.
Upewnij się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej.
Naciśnij mocno pedał gazu i porównaj kształt rejestrowanego sygnału prądu przemiennego z dostarczonym oscylogramem odniesienia.
Jeżeli obraz nie jest wystarczająco wyraźny, lekko stuknij w blok cylindrów w miejscu, w którym znajduje się czujnik spalania stukowego.
Jeżeli nie jest możliwe uzyskanie jednoznacznego kształtu sygnału, należy wymienić czujnik lub sprawdzić stan jego okablowania.
Sygnał zapłonu na wyjściu wzmacniacza
Podłącz oscyloskop między zaciskiem wzmacniacza zapłonu ECM a masą.
Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozwól mu pracować na biegu jałowym.
Na ekranie oscyloskopu powinna zostać wyświetlona sekwencja prostokątnych impulsów prądu stałego. Porównaj kształt otrzymanego sygnału z dostarczonym oscylogramem odniesienia, zwracając szczególną uwagę na zgodność takich parametrów, jak amplituda, częstotliwość i kształt impulsu.
W miarę wzrostu prędkości obrotowej silnika częstotliwość sygnału powinna wzrastać wprost proporcjonalnie.
Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej
Podłącz oscyloskop między zaciskiem cewki zapłonowej ECM a masą.
Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozwól mu pracować na biegu jałowym.
Porównaj kształt otrzymanego sygnału z podanym oscylogramem odniesienia – dodatnie przepięcia powinny mieć stałą amplitudę.
Nierównomierność przepięć może być spowodowana nadmierną rezystancją uzwojenia wtórnego, jak również wadliwym stanem przewodu wysokiego napięcia cewki lub przewodu świecy zapłonowej.
Oryginalny tekst materiału znajduje się na stronie internetowej: Audimanual.ru