Використання осцилографа для спостереження сигналів у колах системи керування (Audi A4 B6)

Цифрові мультиметри чудово підходять для перевірки електричних ланцюгів у статичному стані, а також для реєстрації повільних змін контрольованих параметрів. При проведенні динамічних перевірок працюючого двигуна, а також при виявленні причин спорадичних поломок осцилограф стає абсолютно незамінним інструментом.

Деякі осцилографи дозволяють зберігати осцилограми у вбудованому модулі пам'яті з подальшим роздруком результатів або перенесенням їх на носій персонального комп'ютера вже в стаціонарних умовах.

Осцилограф дозволяє спостерігати періодичні сигнали і вимірювати напругу, частоту, ширину (тривалість) прямокутні імпульси, а також повільно змінювані рівні напруги.

Осцилограф можна використовувати для:

• Виявлення нестабільних збоїв.
• Перевірте результати внесених виправлень.
• Контроль активності лямбда-зонда системи керування двигуном, оснащеним каталітичним нейтралізатором.
• Аналіз сигналів, що генеруються лямбда-зондом, відхилення параметрів якого від норми є безумовним свідченням порушення належного функціонування системи управління в цілому, - з іншого боку, правильність форми імпульсів, що видаються лямбда-зондом, може служити надійною гарантією відсутності порушень в системі управління.

Надійність і простота експлуатації сучасних осцилографів не вимагають від оператора спеціальних знань і досвіду. Інтерпретацію отриманої інформації можна легко здійснити простим візуальним порівнянням осцилограм, знятих під час тесту, з наведеними нижче часовими залежностями, характерними для різних датчиків і виконавчих механізмів автомобільних систем управління.

Параметри періодичних сигналів

Кожен сигнал, записаний за допомогою осцилографа, можна описати за допомогою таких основних параметрів:

• Амплітуда: Різниця між максимальною та мінімальною напругами (V) сигналу протягом періоду;
• Період: Тривалість циклу сигналу (мс)
• Частота: Кількість циклів в секунду (Гц);
• Ширина: Тривалість прямокутного імпульсу (мс, мкс);
• Робочий цикл: Відношення періоду повторення до ширини (В зарубіжній термінології використовується параметр зворотного циклу навантаження, який називається робочим циклом, виражається в %);
• Формат сигналу: Послідовність прямокутних імпульсів, одиничних імпульсів, синусоїд, пилкоподібних імпульсів тощо.

Зазвичай характеристики несправного пристрою сильно відрізняються від еталонних, що дозволяє оператору легко і швидко візуально визначити несправний компонент.

Сигнали постійного струму - аналізується лише напруга сигналу.

Сигнали такого типу генеруються пристроями, показаними на малюнках нижче.



Датчик температури охолоджуючої рідини двигуна (ECT)





Датчик температури впускного повітря (IAT)



Датчик положення дросельної заслінки (TPS)



Підігрівається лямбда-зонд



Об'ємний витратомір повітря (VAF)





Витратомір повітря (MAF)

Сигнали змінного струму - аналізуються амплітуда, частота та форма сигналу.



Датчик детонації (KS)



Індуктивний датчик обертів двигуна

Частотно-модульовані сигнали - аналізуються амплітуда, частота, форма сигналу та ширина періодичних імпульсів. Джерелами таких сигналів є пристрої, зображені на малюнках нижче.





Індуктивний датчик положення коленвала (CKP)



Індуктивний датчик положення розподільного валу (CMP)



Індуктивний датчик швидкості автомобіля (VSS)



Датчики швидкості та положення валу за ефектом Холла





Оптичні датчики швидкості та положення валу



Цифрові датчики для термометричного вимірювання масової витрати повітря (MAF) і абсолютного тиску у впускному колекторі (MAP)

Сигнали з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) - проаналізовано амплітуду, частоту, форму сигналу та шпаруватість періодичних імпульсів. Джерелами таких сигналів є пристрої, зображені на малюнках нижче.



Інжектори



Пристрої стабілізації холостого ходу (ХХХ)





Первинна обмотка котушки запалювання



Електромагнітний клапан для продувки вугільного адсорбера (EVAP)



Клапани рециркуляції вихлопних газів (EGR)

Форма вихідного сигналу осцилографа залежить від багатьох факторів і може значно відрізнятися. З огляду на вищевикладене, перш ніж приступати до заміни підозрюваного компонента у разі невідповідності форми записаного діагностичного сигналу еталонній осцилограмі, необхідно ретельно проаналізувати отриманий результат.

Напруга

Цифровий сигнал

Аналоговий сигнал

Нульовий рівень еталонного сигналу не можна розглядати як абсолютне еталонне значення - "нуль" реального сигналу, в залежності від конкретних параметрів схеми, що перевіряється, може бути зміщений відносно еталонного (див. Цифровий сигнал [1]) в певному допустимому діапазоні (див. Цифровий сигнал [2] і Аналоговий сигнал [1]).

Загальна амплітуда сигналу залежить від напруги живлення ланцюга, що перевіряється, а також може змінюватися відносно еталонного значення в певних межах (див. Цифровий сигнал [3] і Аналоговий сигнал [2]).

У колах постійного струму амплітуда сигналу обмежена напругою живлення. Як приклад можна навести схему системи стабілізації холостого ходу (СХХ), напруга сигналу якої ніяк не змінюється при зміні обертів двигуна.

У ланцюгах змінного струму амплітуда сигналу вже однозначно залежить від частоти джерела сигналу, тому амплітуда сигналу, що видається датчиком положення колінчастого вала (CKP), буде зростати зі збільшенням обертів двигуна.

З огляду на вищесказане, якщо амплітуда сигналу, записаного за допомогою осцилографа, виявляється надмірно низькою або високою (аж до зрізання верхніх ярусів), досить просто перемкнути робочий діапазон приладу, перейшовши на відповідну шкалу вимірювань.



При перевірці обладнання ланцюгів електромагнітного керування (наприклад, система IAC) при відключенні живлення можуть спостерігатися скачки напруги [4], які можна сміливо не враховувати при аналізі результатів вимірювань.

Також не варто переживати при появі таких деформацій осцилограми, як сплющення нижньої частини переднього фронту прямокутних імпульсів [5], якщо, звичайно, сам факт сплющення фронту не є ознакою несправності досліджуваного компонента.

Частота

Частота повторення імпульсів сигналу залежить від робочої частоти джерела сигналу.

Форма захопленого сигналу може бути відредагована і доведена до зручного для аналізу вигляду шляхом перемикання шкали часу зображення на осцилографі.



При спостереженні сигналів у колах змінного струму часова розгортка осцилографа залежить від частоти джерела сигналу [3], що визначається частотою обертання двигуна.

Як було сказано вище, щоб привести сигнал в читабельний вигляд, досить переключити шкалу часової розгортки осцилографа.

У деяких випадках характерні зміни сигналу виявляються дзеркально відображеними відносно еталонних залежностей, що пояснюється оборотністю полярності підключення відповідного елемента і, за відсутності заборони на зміну полярності підключення, можуть бути проігноровані при аналізі.

Типові сигнали елементів системи керування двигуном

Сучасні осцилографи зазвичай оснащені лише двома сигнальними проводами в поєднанні з набором різноманітних щупів, що дозволяє підключати пристрій практично до будь-якого пристрою.

Червоний дріт підключається до позитивного полюса осцилографа і зазвичай підключається до клеми електронного блоку керування (ECM). Чорний дріт слід підключити до надійно заземленої точки (маси).

Інжектори

Управління складом повітряно-паливної суміші в сучасних автомобільних електронних системах уприскування палива здійснюється шляхом своєчасної коригування тривалості відкривання електромагнітних клапанів інжекторів.

Тривалість перебування форсунок у відкритому стані визначається тривалістю електричних імпульсів, що формуються блоком управління і подаються на вхід електромагнітних клапанів. Тривалість імпульсу вимірюється в мілісекундах і зазвичай не перевищує діапазону 1 - 14 мс.



Імпульс керування відкриттям паливної форсунки

Типова осцилограма імпульсу, що керує роботою інжектора, показана на малюнку вище. Часто на осцилограмі також можна спостерігати серію коротких пульсацій, що слідують відразу після ініціюючого негативного прямокутного імпульсу і підтримують електромагнітний клапан форсунки у відкритому стані, а також різкий позитивний стрибок напруги, що супроводжує момент закриття клапана.

Правильність роботи ECM можна легко перевірити за допомогою осцилографа, візуально спостерігаючи за зміною форми керуючого сигналу при зміні параметрів роботи двигуна. Таким чином, тривалість імпульсу при роботі двигуна на холостому ходу повинна бути трохи більше, ніж при роботі агрегату на малих обертах. Підвищення частоти обертання двигуна повинно супроводжуватися відповідним збільшенням часу, протягом якого форсунки залишаються відкритими. Особливо ця залежність проявляється при відкритті дросельної заслінки короткочасним натисканням на педаль газу.

За допомогою тонкого щупа з комплекту осцилографа, що входить в комплект поставки, підключіть червоний провід пристрою до клеми інжектора ECM системи керування двигуном. Надійно заземліть щуп другого сигнального проводу (чорного) осцилографа.

Проаналізуйте форму сигналу, який зчитується під час прокручування двигуна.

Після запуску двигуна перевірте форму сигналу керування на холостому ходу.

Різким натисканням на педаль газу довести оберти двигуна до 3000 об/хв - тривалість керуючих імпульсів в момент розгону повинна помітно збільшитися з наступною стабілізацією на рівні, рівному або трохи нижче характерного для холостого ходу.

Швидке закриття дросельної заслінки повинно призвести до випрямлення осцилограми, що підтверджує факт блокування форсунок (для систем з відключенням палива).

При холодному запуску двигун потребує деякого збагачення паливоповітряної суміші, що забезпечується автоматичним збільшенням тривалості відкриття форсунки. У міру прогрівання тривалість керуючих імпульсів на осцилограмі повинна безперервно зменшуватися, поступово наближаючись до значення, характерного для холостого ходу.

У системах уприскування, які не використовують інжектор холодного запуску, під час запуску холодного двигуна використовуються додаткові керуючі імпульси, які відображаються на осцилограмі у вигляді пульсацій змінної довжини.

У таблиці нижче наведена типова залежність тривалості керуючих імпульсів відкриття форсунок від робочого стану двигуна.

Індуктивні датчики

Стан двигуна	Тривалість керуючого імпульсу, мс
Холостий хід	1.5÷5
2000÷3000 об / хв.	1.1÷3.5
Повний газ	8.2÷3.5

Запустіть двигун і порівняйте осцилограму з виходу індуктивного датчика з даною еталонною.

Збільшення частоти обертання двигуна повинно супроводжуватися збільшенням амплітуди імпульсного сигналу, що формується датчиком.

Електромагнітний клапан керування повітрям холостого ходу (IAC)

В автомобільній промисловості використовуються електромагнітні клапани IAC багатьох різних типів, які також створюють сигнали різної форми.

Загальною рисою всіх клапанів є те, що шпаруватість сигналу повинна зменшуватися зі збільшенням навантаження на двигун, пов'язане з включенням додаткових споживачів електроенергії, що викликає зниження холостого ходу.

Якщо шпаруватість осцилограми змінюється при збільшенні навантаження, але при включенні споживачів спостерігається порушення стабільності холостого ходу, перевірте стан ланцюга електромагнітного клапана і правильність командного сигналу, що видається ЕСУД.

Зазвичай 4-х полюсний кроковий двигун використовується в схемах стабілізації холостого ходу, опис яких наведено нижче. 2-контактні та 3-контактні клапани IAC перевіряються подібним чином, але осцилограми напруг сигналу, які вони видають, абсолютно різні.

Кроковий двигун, реагуючи на пульсуючий керуючий сигнал, який видає ECM, здійснює ступінчасте регулювання холостого ходу двигуна відповідно до робочої температури охолоджуючої рідини та поточного навантаження на двигун.

Рівні керуючих сигналів можна перевірити за допомогою осцилографа, вимірювальний щуп якого підключений по черзі до кожного з чотирьох висновків крокового двигуна.

Прогрійте двигун до нормальної робочої температури і залиште його працювати на холостому ходу.

Для збільшення навантаження на двигун увімкніть фари, кондиціонер повітря, або, - на моделі з гідропідсилювачем керма, - поверніть рульове колесо. Обороти холостого ходу повинні на короткий час впасти, однак тут же знову стабілізуватися за рахунок спрацювання клапана IAC.



Порівняйте записану осцилограму з наведеною еталонною.

Лямбда-зонд (датчик кисню)

Попередження: у розділі представлені осцилограми, характерні для найбільш часто використовуваних цирконієвих датчиків кисню в автомобілях, в яких не використовується опорна напруга 0,5 В. Останнім часом все більшої популярності набувають титанові датчики, діапазон робочого сигналу яких становить 0 - 5 В, при цьому високий рівень напруги виробляється при бідній суміші, і низький рівень напруги при багатій суміші.

Підключіть осцилограф між клемою лямбда-зонда на ECM і заземленням.

Переконайтеся, що двигун прогрітий до нормальної робочої температури.



Порівняйте осцилограму, що відображається на екрані лічильника, із заданою еталонною залежністю.

Якщо знімається сигнал не є хвилеподібним, а являє собою лінійну залежність, то, в залежності від рівня напруги, це свідчить про надмірний переобеднении (0-0.15 В), або переобогащении (0.6-1) повітряно-паливної суміші.

Якщо на холостому ході є нормальний хвильовий сигнал, спробуйте кілька разів різко натиснути на педаль газу - коливання сигналу не повинні виходити за межі 0-1 В.

Збільшення частоти обертання двигуна повинно супроводжуватися збільшенням амплітуди сигналу, зменшення - зменшенням.

Датчик детонації (KS)

Підключіть осцилограф між клемою датчика детонації ECM і заземленням.

Переконайтеся, що двигун прогрітий до нормальної робочої температури.



Різко натисніть на педаль газу і порівняйте форму записаного сигналу змінного струму з заданою еталонною осцилограмою.

Якщо зображення недостатньо чітке, злегка постукайте по блоці циліндрів у місці розташування датчика детонації.

Якщо не вдається досягти чіткої форми сигналу, замініть датчик або перевірте стан його ланцюга.

Сигнал запалювання на виході підсилювача

Підключіть осцилограф між клемою підсилювача запалювання ECM і заземленням.

Прогрійте двигун до нормальної робочої температури і залиште його працювати на холостому ходу.



На екрані осцилографа повинна відображатися послідовність прямокутних імпульсів постійного струму. Порівняйте форму отриманого сигналу з заданою еталонною осцилограмою, звертаючи особливу увагу на збіг таких параметрів, як амплітуда, частота і форма імпульсу.

При збільшенні оборотів двигуна частота сигналу повинна зростати прямо пропорційно.

Первинна обмотка котушки запалювання

Підключіть осцилограф між клемою котушки запалювання ECM і заземленням.

Прогрійте двигун до нормальної робочої температури і залиште його працювати на холостому ходу.



Порівняйте форму отриманого сигналу з заданою опорною осцилограмою, - позитивні скачки напруги повинні мати постійну амплітуду.

Нерівномірні кидки можуть бути викликані надмірним опором вторинної обмотки, а також несправністю стану високовольтного проводу котушки або проводу свічки запалювання.

Інформація отримана з цього ресурсу audimanual.ru