Použitie osciloskopu na monitorovanie signálov v obvodoch riadiaceho systému (Audi A4 B6)

Digitálne multimetre sú skvelé na testovanie statických elektrických obvodov a na zaznamenávanie pomalých zmien sledovaných parametrov. Pri vykonávaní dynamických testov na bežiacom motore, ako aj pri zisťovaní príčin sporadických porúch sa osciloskop stáva absolútne nepostrádateľným nástrojom.

Niektoré osciloskopy umožňujú uložiť oscilogramy do vstavaného pamäťového modulu s následnou tlačou výsledkov alebo ich prenosom na mechaniku osobného počítača v stacionárnych podmienkach.

Osciloskop umožňuje pozorovať periodické signály a merať napätie, frekvenciu, šírku (trvanie) obdĺžnikové impulzy, ako aj pomaly sa meniace úrovne napätia.

Osciloskop je možné použiť na:

• Detekcia nestabilných porúch.
• Kontrola výsledkov vykonaných opráv.
• Sledovanie činnosti lambda sondy riadiaceho systému motora vybaveného katalyzátorom.
• Analýza signálov generovaných lambda sondou, ktorých odchýlka parametrov od normy je bezpodmienečným dôkazom poruchy riadiaceho systému ako celku, - na druhej strane správnosť tvaru impulzov generovaných lambda sondou môže slúžiť ako spoľahlivá záruka neprítomnosti porúch v riadiacom systéme.

Spoľahlivosť a jednoduchosť používania moderných osciloskopov nevyžaduje žiadne špeciálne znalosti alebo skúsenosti od obsluhy. Interpretáciu získaných informácií je možné ľahko vykonať jednoduchým vizuálnym porovnaním oscilogramov nasnímaných počas testu s typickými časovými závislosťami pre rôzne snímače a akčné členy riadiacich systémov automobilov uvedených nižšie.

Parametre periodických signálov

Každý signál zaznamenaný osciloskopom možno opísať pomocou nasledujúcich základných parametrov:

• Amplitúda: Rozdiel medzi maximálnym a minimálnym napätím (V) signálu v rámci periódy;
• Obdobie: Trvanie cyklu signálu (ms)
• Frekvencia: Počet cyklov za sekundu (Hz);
• šírka: Trvanie obdĺžnikového impulzu (ms, μs);
• Pracovný cyklus: Pomer periódy opakovania k šírke (V zahraničnej terminológii sa používa prevrátená hodnota pracovného cyklu, nazývaná pracovný cyklus, vyjadrená v %);
• Forma signálu: Obdĺžnikový sled impulzov, hroty, sínusová vlna, pílovité impulzy atď.

Charakteristiky chybného zariadenia sa zvyčajne výrazne líšia od referenčných, čo umožňuje operátorovi jednoducho a rýchlo vizuálne identifikovať chybný komponent.

DC signály - analyzuje sa len napätie signálu.

Signály tohto druhu generujú zariadenia zobrazené na obrázkoch nižšie.



Snímač teploty chladiacej kvapaliny motora (ECT)





Snímač teploty nasávaného vzduchu (IAT)



Snímač polohy škrtiacej klapky (TPS)



Vyhrievaná lambda sonda



Merač objemového prietoku vzduchu (VAF)





Merač hmotnostného prietoku vzduchu (MAF)

AC signály - analyzuje sa amplitúda, frekvencia a tvar signálu.



Senzor klepania (KS)



Indukčný snímač otáčok motora

Frekvenčne modulované signály - analyzuje sa amplitúda, frekvencia, tvar signálu a šírka periodických impulzov. Zdrojom takýchto signálov sú zariadenia zobrazené na obrázkoch nižšie.





Indukčný snímač polohy kľukového hriadeľa (CKP)



Indukčný snímač polohy vačkového hriadeľa (CMP)



Indukčný snímač rýchlosti vozidla (VSS)



Snímače rýchlosti a polohy hriadeľa podľa Hallovho efektu





Optické snímače rýchlosti a polohy hriadeľa



Digitálne snímače pre termometrické meranie hmotnosti vzduchu (MAF) a absolútneho tlaku v sacom potrubí (MAP)

Signály s moduláciou šírky impulzu (PWM) - analyzuje sa amplitúda, frekvencia, tvar signálu a pracovný cyklus periodických impulzov. Zdrojom takýchto signálov sú zariadenia zobrazené na obrázkoch nižšie.



Injektory



Zariadenia na riadenie otáčok voľnobehu (IAC)





Primárne vinutie zapaľovacej cievky



Uhlie Adsorber Vymazať Elektromagnetický Ventil (EVAP)



Ventily recirkulácie výfukových plynov (EGR)

Tvar signálu produkovaného osciloskopom závisí od mnohých rôznych faktorov a môže sa výrazne líšiť. Vzhľadom na vyššie uvedené, skôr ako pristúpite k výmene podozrivého komponentu v prípade nezrovnalosti medzi tvarom odstráneného diagnostického signálu a referenčným oscilogramom, získaný výsledok by sa mal starostlivo analyzovať.

Napätie

Digitálny signál

Analógový signál

Nulovú úroveň referenčného signálu nemožno považovať za absolútnu referenčnú hodnotu - "nula" skutočného signálu v závislosti od špecifických parametrov testovaného obvodu môže byť posunutá vzhľadom na referenčnú hodnotu (pozri Digitálny signál [1]) v určitom prípustnom rozsahu (pozri Digitálny signál [2] a Analógový signál [1]).

Úplná amplitúda signálu závisí od napájacieho napätia testovaného obvodu a môže sa tiež meniť vzhľadom na referenčnú hodnotu v rámci určitých limitov (pozri Digitálny signál [3] a Analógový signál [2]).

V jednosmerných obvodoch je amplitúda signálu obmedzená napájacím napätím. Príkladom je obvod Idle Speed Control (IAC), ktorého signálové napätie sa pri zmenách otáčok motora vôbec nemení.

V striedavých obvodoch je už amplitúda signálu jednoznačne závislá od pracovnej frekvencie zdroja signálu, takže amplitúda signálu generovaného snímačom polohy kľukového hriadeľa (CKP) sa bude zvyšovať so zvyšujúcimi sa otáčkami motora.

Vzhľadom na vyššie uvedené, ak je amplitúda signálu zaznamenaného pomocou osciloskopu príliš nízka alebo vysoká (až po rezanie horných úrovní), pracovný rozsah prístroja stačí jednoducho prepnúť na príslušnú meraciu stupnicu.



Pri kontrole vybavenia elektromagneticky riadených obvodov (napríklad systém IAC) pri odpojení napájacieho zdroja môžu byť pozorované napäťové rázy [4], ktoré je možné pri analýze výsledkov merania bezpečne ignorovať.

Netreba sa obávať ani výskytu takých deformácií oscilogramu, ako je sploštenie spodnej časti nábežnej hrany pravouhlých impulzov [5], pokiaľ samozrejme samotná skutočnosť sploštenia prednej časti nie je znakom nefunkčnosti testovaného komponentu.

Frekvencia

Frekvencia opakovania signálových impulzov závisí od pracovnej frekvencie zdroja signálu.

Tvar zaznamenávaného signálu je možné upraviť a priviesť do formy vhodnej na analýzu prepnutím stupnice časovej základne obrazu na osciloskope.



Pri pozorovaní signálov v striedavých obvodoch závisí časová základňa osciloskopu od frekvencie zdroja signálu [3], určenej otáčkami motora.

Ako už bolo spomenuté vyššie, aby bol signál čitateľnejší, stačí prepnúť stupnicu časovej základne osciloskopu.

V niektorých prípadoch sa charakteristické zmeny signálu ukážu ako zrkadlové vzhľadom na referenčné závislosti, čo sa vysvetľuje reverzibilnosťou polarity pripojenia zodpovedajúceho prvku a pri absencii zákazu zmeny polarity pripojenia sa môže počas analýzy ignorovať.

Typické signály komponentov systému riadenia motora

Moderné osciloskopy sú zvyčajne vybavené iba dvoma signálnymi vodičmi spolu so sadou rôznych sond, čo vám umožňuje pripojiť zariadenie k takmer akémukoľvek zariadeniu.

Červený vodič je pripojený ku kladnej svorke osciloskopu a zvyčajne je pripojený ku svorke na elektronickom riadiacom module (ECM). Čierny vodič by mal byť pripojený k spoľahlivému uzemňovaciemu bodu (zem).

Injektory

Zloženie zmesi vzduch-palivo v moderných automobilových elektronických systémoch vstrekovania paliva je riadené včasným nastavením doby otvorenia elektromagnetických ventilov vstrekovačov.

Trvanie otvoreného stavu vstrekovačov je určené trvaním elektrických impulzov generovaných riadiacou jednotkou a privádzaných na vstup elektromagnetických ventilov. Trvanie impulzu sa meria v milisekundách a zvyčajne nepresahuje rozsah 1 - 14 ms.



Impulz ovládania otvorenia vstrekovača paliva

Typický oscilogram ovládania spúšťania impulzného vstrekovača je znázornený na obrázku vyššie. Oscilogram môže často vykazovať aj sériu krátkych pulzácií, ktoré nasledujú bezprostredne po iniciačnom negatívnom pravouhlom impulze a udržiavajú elektromagnetický ventil vstrekovača v otvorenom stave, ako aj prudký nárast kladného napätia, ktorý sprevádza moment zatvorenia ventilu.

Správnu funkciu ECM možno ľahko overiť pomocou osciloskopu vizuálnym pozorovaním zmien tvaru riadiaceho signálu pri zmene prevádzkových parametrov motora. Trvanie impulzov pri otáčaní motora pri voľnobežných otáčkach by teda malo byť o niečo dlhšie, ako keď jednotka pracuje pri nízkych otáčkach. Zvýšenie otáčok motora by malo byť sprevádzané zodpovedajúcim predĺžením času, počas ktorého zostanú vstrekovače otvorené. Táto závislosť sa prejavuje najmä pri otvorení škrtiacej klapky krátkymi stlačeniami plynového pedálu.

Pomocou tenkej sondy zo súpravy dodanej s osciloskopom pripojte červený vodič nástroja ku koncovke vstrekovača riadiaceho systému motora ECM. Bezpečne uzemnite sondu druhého signálneho vodiča (čierny) osciloskopu.

Analyzujte tvar signálu načítaného pri štartovaní motora.

Po naštartovaní motora skontrolujte tvar riadiaceho signálu pri voľnobežných otáčkach.

Prudkým stlačením plynového pedála zvýšte otáčky motora na 3 000 ot./min. - trvanie riadiacich impulzov v momente zrýchlenia by sa malo výrazne zvýšiť s následnou stabilizáciou na úrovni rovnej alebo mierne nižšej ako voľnobežné otáčky.

Rýchle zatvorenie škrtiacej klapky by malo mať za následok vyrovnanie oscilogramu, čo potvrdzuje skutočnosť prekrývania vstrekovačov (pre systémy s uzáverom paliva).

Pri studenom štarte motor vyžaduje určité obohatenie zmesi vzduch-palivo, čo je zabezpečené automatickým predĺžením trvania otvárania vstrekovačov. Ako sa motor zahrieva, trvanie riadiacich impulzov na oscilograme by sa malo plynulo znižovať a postupne sa blížiť k hodnote typickej pre voľnobežné otáčky.

Vo vstrekovacích systémoch, ktoré nepoužívajú vstrekovač so studeným štartom, sa pri studenom štarte motora používajú dodatočné riadiace impulzy, ktoré sa na oscilograme prejavia ako pulzácie s premenlivou dĺžkou.

Nasledujúca tabuľka ukazuje typickú závislosť trvania riadiacich impulzov otvárania vstrekovačov od prevádzkového stavu motora.

Indukčné snímače

Stav motora	Trvanie riadiaceho impulzu, ms
Nečinné ťahy	1.5÷5
2000÷3000 ot./min.	1.1÷3.5
Plný plyn	8.2÷3.5

Naštartujte motor a porovnajte oscilogram získaný z výstupu indukčného snímača s danou referenciou.

Zvýšenie otáčok motora by malo byť sprevádzané zvýšením amplitúdy impulzného signálu generovaného snímačom.

Solenoidový ventil riadenia voľnobehu (IAC)

V automobilovom priemysle sa používajú solenoidové ventily IAC rôznych typov, ktoré tiež produkujú signály rôznych tvarov.

Spoločným rozlišovacím znakom všetkých ventilov je skutočnosť, že pracovný cyklus signálu sa musí znižovať so zvyšujúcim sa zaťažením motora spojeným so zahrnutím ďalších spotrebičov energie, čo spôsobuje pokles otáčok naprázdno.

Ak sa pracovný cyklus oscilogramu mení so zvyšujúcim sa zaťažením, ale keď sú spotrebiče zapnuté, dochádza k narušeniu stability voľnobežných otáčok, skontrolujte stav obvodu solenoidového ventilu, ako aj správnosť príkazového signálu vydaného ECM.

Typicky sa v obvodoch riadenia voľnobežných otáčok používa 4-pólový krokový motor, ktorý je popísaný nižšie. 2-kolíkové a 3-kolíkové IAC ventily sa testujú podobným spôsobom, ale priebehy signálových napätí, ktoré produkujú, sú úplne odlišné.

Krokový motor, reagujúci na pulzujúci riadiaci signál vydaný ECM, postupne upravuje voľnobežné otáčky motora v súlade s prevádzkovou teplotou chladiacej kvapaliny a aktuálnym zaťažením motora.

Úrovne riadiacich signálov je možné kontrolovať pomocou osciloskopu, ktorého meracia sonda je postupne pripojená na každú zo štyroch svoriek krokového motora.

Zahrejte motor na normálnu prevádzkovú teplotu a nechajte ho bežať na voľnobeh.

Ak chcete zvýšiť zaťaženie motora, zapnite svetlomety, klimatizáciu alebo pri modeloch s posilňovačom riadenia otáčajte volantom. Voľnobežné otáčky by mali krátko klesnúť, ale potom by sa mali okamžite opäť stabilizovať v dôsledku činnosti ventilu IAC.



Porovnajte zachytený oscilogram s poskytnutým referenčným.

Lambda sonda (kyslíkový senzor)

Upozornenie: Táto časť obsahuje priebehy typické pre najbežnejšie používané kyslíkové senzory typu zirkónia vo vozidlách, ktoré nepoužívajú referenčné napätie 0,5 V. V poslednej dobe sú čoraz populárnejšie titánové snímače, ich rozsah pracovného signálu je 0 - 5 V, pričom vysoká úroveň napätia vzniká pri spaľovaní chudobnej zmesi a nízka úroveň napätia pri spaľovaní bohatej zmesi.

Pripojte osciloskop medzi svorku lambda sondy na ECM a uzemnenie.

Uistite sa, že je motor zahriaty na normálnu prevádzkovú teplotu.



Porovnajte oscilogram zobrazený na obrazovke merača s poskytnutou referenčnou závislosťou.

Ak snímaný signál nie je vlnový, ale je lineárnou závislosťou, potom to v závislosti od úrovne napätia indikuje nadmerné chudnutie (0-0,15 V) alebo nadmerné obohatenie (0,6-1 V) zmesi vzduch-palivo.

Ak sa pri voľnobehu motora vyskytne normálny vlnový signál, skúste niekoľkokrát prudko stlačiť plynový pedál - kolísanie signálu by nemalo presiahnuť rozsah 0-1 V.

Zvýšenie otáčok motora by malo byť sprevádzané zvýšením amplitúdy signálu a znížením znížením.

Senzor klepania (KS)

Pripojte osciloskop medzi svorku snímača klepania ECM a uzemnenie.

Uistite sa, že je motor zahriaty na normálnu prevádzkovú teplotu.



Ostro stlačte plynový pedál a porovnajte tvar zaznamenávaného signálu striedavého prúdu s poskytnutým referenčným oscilogramom.

Ak obraz nie je dostatočne jasný, zľahka poklepte na blok valcov v oblasti, kde sa nachádza snímač klepania.

Ak nie je možné získať jednoznačný tvar signálu, vymeňte snímač alebo skontrolujte stav zapojenia jeho obvodu.

Signál zapaľovania na výstupe zosilňovača

Pripojte osciloskop medzi svorku zosilňovača zapaľovania ECM a uzemnenie.

Zahrejte motor na normálnu prevádzkovú teplotu a nechajte ho bežať na voľnobeh.



Na obrazovke osciloskopu by sa mala zobraziť sekvencia pravouhlých jednosmerných impulzov. Porovnajte tvar prijímaného signálu s poskytnutým referenčným oscilogramom, pričom venujte veľkú pozornosť zhode takých parametrov, ako je amplitúda, frekvencia a tvar impulzu.

So zvyšovaním otáčok motora by sa mala priamo úmerne zvyšovať frekvencia signálu.

Primárne vinutie zapaľovacej cievky

Pripojte osciloskop medzi svorku zapaľovacej cievky ECM a uzemnenie.

Zahrejte motor na normálnu prevádzkovú teplotu a nechajte ho bežať na voľnobeh.



Porovnajte tvar prijatého signálu s poskytnutým referenčným oscilogramom - kladné napäťové rázy by mali mať konštantnú amplitúdu.

Nerovnomernosť rázov môže byť spôsobená nadmerným odporom sekundárneho vinutia, ako aj chybným stavom vysokonapäťového vodiča cievky alebo vodiča zapaľovacej sviečky.

(Pôvodná verzia článku je uverejnená na webovej stránke: «audimanual.ru»)