Използване на осцилоскоп за наблюдение на сигналите на системата за управление (Mercedes-Benz S-Class W140)

Обща информация

Цифровите мултиметри са чудесни за тестване на електрически вериги, които са в статично състояние, както и за записване на бавни промени в наблюдаваните параметри. При извършване на динамични тестове, извършвани 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 вградения модул с памет и след това да отпечатвате резултатите или да ги прехвърляте на персонален компютър в стационарна среда.

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 извършване на следните процедури:

• а) Откриване на периодични повреди;
• б) Проверка на резултатите от направените корекции;
• в) Мониторинг на активността на ламбда сондата на системата за управление на двигателя, оборудвана с каталитичен конвертор;
• г) Анализ на сигналите, генерирани от ламбда сондата, чието отклонение на параметрите от нормата е абсолютно доказателство за неизправност във функционирането на системата за управление като цяло. От друга страна, правилната форма на импулсите, генерирани от сензора, може да служи като надеждна гаранция за липсата на нарушения в системата за управление.

Надеждността и лекотата на работа на съвременните осцилоскопи не изискват специални знания или опит от оператора. Интерпретацията на получената информация може лесно да се извърши чрез просто визуално сравнение на осцилограмите, взети по време на теста, с дадените по-долу времеви зависимости, характерни за различни сензори и изпълнителни механизми на автомобилни системи за управление.

Периодични параметри на сигнала

Обща информация

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

• а) Амплитуда: максимално и минимално напрежение (V) на сигнала в рамките на периода;
• b) Период: Време на цикъл на сигнала (ms);
• c) Честота: Брой цикли в секунда (Hz);
• d) Ширина: Правоъгълна продължителност на импулса (ms, µs);
• д) Коефициент на запълване: Съотношението на периода на повторение към ширината (В чуждестранната терминология се използва параметърът на обратния работен цикъл, наречен работен цикъл, изразен в %);
• f) Форма на сигнала: Последователност от правоъгълни импулси, единични емисиите, синусоида, пилообразные импулси, и т.н.

Обикновено характеристиките на дефектно устройство са много различни от еталонното, което позволява на опитен оператор бързо и лесно да идентифицира повредения компонент чрез анализиране на съответната форма на вълната.

Сигнали за постоянен ток

Единствената работна характеристика на такива сигнали е напрежението.

DC сигналите се генерират от следните устройства:

Сигнали за променлив ток

Основните характеристики на тези сигнали са амплитуда, честота и форма на сигнала.

Честотно модулирани сигнали (FM)

Работните характеристики на честотно модулираните сигнали са амплитуда, честота, форма на вълната и периодична ширина на импулса.



Източници на FM сигнали са следните устройства:

Сигнали с модулирана широчина на импулса (PWM)

Работните характеристики на сигналите с широчинно-импулсна модулация (PWM) са амплитудата, честотата, формата на вълната и работния цикъл на периодичните импулси.

Източниците на PWM сигнали са устройствата, показани на следните илюстрации:

Кодирана последователност от правоъгълни импулси

Работните характеристики са амплитудата, честотата и формата на последователността от отделни импулси.

Сигнали от този вид се генерират от модула с памет за самодиагностика ECM на системата за управление на двигателя.



Чрез анализиране на ширината и формата на импулсите, както и преброяване на техния брой във всяка група, могат да бъдат прочетени кодовете за грешки, съхранени в паметта.

Амплитудата и формата на сигнала остават постоянни, записаната стойност ще се извежда до изчистване на паметта на модула.

Интерпретация на формата на вълната

Формата на сигнала, генериран от осцилоскопа, зависи от много различни фактори и може да варира значително. С оглед на горното, преди да пристъпите към подмяна на подозрителен компонент, ако формата на събрания диагностичен сигнал не съвпада с еталонната осцилограма, трябва внимателно да анализирате получения резултат.

Напрежение

Нулевото ниво на референтния сигнал не може да се счита за абсолютна референтна стойност; "нулата" на реалния сигнал, в зависимост от специфичните параметри на изпитваната верига, може да бъде изместена спрямо еталонната [1] в определена приемлива граница; диапазон.


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

В постоянните вериги амплитудата на сигнала е ограничена от захранващото напрежение. Пример е веригата за контрол на оборотите на празен ход (IAC), чието напрежение на сигнала не се променя по никакъв начин с оборотите на двигателя.

В променливотоковите вериги амплитудата на сигнала вече ясно зависи от честотата на работа на източника на сигнала, така че амплитудата на сигнала, произведен 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 осцилоскоп, се окаже прекалено ниска или висока (до отрязване на горните нива), просто трябва да превключите работния обхват на устройството, като превключите към подходящата скала за измерване.



При проверка на оборудването на магнитно управлявани вериги (напр. AC система) при изключване на захранването могат да се наблюдават скокове на напрежение [4], които могат безопасно да бъдат игнорирани при анализиране на резултатите от измерването.

Също така не трябва да се тревожите за появата на такива деформации на осцилограмата като изравняване на долната част на предния фронт на правоъгълни импулси [5], освен ако, разбира се, самият факт на изравняване на фронта не е признак за неизправност на тестван компонент.

Честота

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

Формата на записания сигнал може да се редактира и да се доведе 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 приведете сигнала в четима форма, достатъчно е да превключите скалата на времевата база на осцилоскопа.

В някои случаи осцилограмата на сигнала се оказва огледален образ спрямо референтната зависимост, 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 игнорирани в анализа.

Типични сигнали от компонентите за управление на двигателя

Съвременните осцилоскопи обикновено са оборудвани само с два сигнални проводника, съчетани 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 извода на електронния контролен модул (ECM). Черният проводник трябва да бъде свързан към правилно заземена точка (маса).

Инжекционни 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 престоя на инжекторите в отворено състояние се определя от продължителността на електрическите импулси, генерирани от управляващия модул и подавани на входа на електромагнитните клапани. Продължителността на импулсите се измерва в милисекунди и обикновено не надхвърля диапазона от 1÷14 ms.



Често на осцилограмата можете да наблюдавате поредица от къси вълни, които веднага следват иницииращия отрицателен правоъгълен импулс и поддържат електромагнитния клапан на инжектора в отворено състояние, както и рязък положителен скок на напрежението, придружаващ момента на затваряне на клапана.

Правилното функциониране на ECM може лесно да се провери с помощта на осцилоскоп чрез визуално наблюдение на промените във формата на управляващия сигнал при промяна на работните параметри на двигателя. По този начин продължителността на импулсите при завъртане 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 дроселовата клапа с кратки натискания на педала за газ.

С помощта на тънката сонда от комплекта, доставен с осцилоскопа, свържете червения проводник на устройството към клемата за инжектиране на ECM на системата за управление на двигателя. Заземете здраво сондата на втория сигнален проводник (черен) на осцилоскопа.

Анализирайте формата на прочетения сигнал, докато завъртате двигателя.

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 ускорението трябва да се увеличи значително, последвано от стабилизиране на ниво, равно или малко по-малко от оборотите на празен ход.

Бързото затваряне на дросела трябва да доведе до изправяне на осцилограмата, потвърждавайки факта, че инжекторите се припокриват (за системи с прекъсване на горивото).

По време на студен старт двигателят се нуждае от известно обогатяване на сместа въздух-гориво, което се осигурява чрез автоматично увеличаване на продължителността на отваряне на инжекторите. Докато 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, когато двигателят е стартиран на студено, се използват допълнителни управляващи импулси, които се появяват на осцилограмата под формата на вълни с променлива дължина.

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

Състояние на двигателя	Продължителност на управляващия импулс, ms
Обороти на празен ход	1.5÷5
2000 + 3000 об./мин	1.1÷3.5
Пълна газ	8.2÷3.5

Индуктивни сензори

Стартирайте двигателя и сравнете осцилограмата, взета от изхода на индуктивния сензор с еталонната, показана на илюстрацията.

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

Електромагнитен клапан за управление на въздуха на празен ход (IAC)

Автомобилната индустрия използва много различни видове IAC електромагнитни вентили, които също произвеждат различни форми на сигнала.

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 коефициентът на запълване на осцилограмата се променя с увеличаване на натоварването, но когато потребителите са включени, има нарушение на стабилността на оборотите на празен ход, проверете състоянието на веригата на електромагнитния клапан, както и правилността на подавания команден сигнал от ECM.

Обикновено веригите за стабилизиране на скоростта на празен ход използват 4-полюсен стъпков двигател, който е описан по-долу. 2-пиновите и 3-пиновите IAC вентили се тестват по подобен начин, но напреженията на сигнала, които произвеждат, са напълно различни.

Стъпковият електродвигател, реагирайки на пулсиращия управляващ сигнал, издаден от ECM, извършва стъпаловидно регулиране на оборотите на празен ход на двигателя в съответствие с работната температура на охлаждащата течност и текущото натоварване на двигателя.

Нивата на управляващите сигнали 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. Скоростта на празен ход трябва да падне за кратко, но веднага да се стабилизира отново поради работата на IAC клапана.



Сравнете заснетата осцилограма с еталонната, показана на илюстрацията.

Ламбда сонда (сензор за кислород)

Забележка. Разделът предоставя осцилограми, типични за ламбда сонди от циркониев тип, които най-често се използват в автомобили, които не използват референтно напрежение от 0,5 V. Напоследък все по-популярни стават титаниеви сензори, чийто работен диапазон на сигнала е 0÷5 V, с високо ниво на напрежение, произведено при изгаряне на бедна смес, и ниско ниво на напрежение, когато се изгаря богата смес.

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 еталонната зависимост, показана на илюстрацията.

Ако записаният сигнал не е вълнообразен, а представлява линейна зависимост, тогава, в зависимост от нивото на напрежение, това показва прекомерно преизчерпване (0÷0,15 V) или прекомерно обогатяване (0,6÷1 V) на въздуха горивна смес.

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

Увеличаването на скоростта на двигателя трябва да бъде придружено от увеличаване на амплитудата на сигнала, намаляване - 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 AC сигнал с еталонната форма на вълната, показана на илюстрацията.

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

Ако не е възможно да се постигне недвусмислена форма на сигнала, сменете сензора KS или проверете състоянието на окабеляването на неговата верига.

Сигнал за запалване на изхода на усилвателя на запалването

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.



На екрана на осцилоскопа трябва да се покаже последователност от правоъгълни DC импулси. Сравнете формата на вълната на получения сигнал с еталонната форма на вълната, показана на илюстрацията, като обърнете голямо внимание на съвпадението на параметри като амплитуда, честота и форма на импулса.

С увеличаване на скоростта на двигателя, честотата на сигнала трябва да се увеличи 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 еталонната осцилограма, показана на илюстрацията - положителните удари на напрежението трябва да имат постоянна амплитуда.

Неравномерните хвърляния могат да бъдат причинени от прекомерно съпротивление на вторичната намотка, както и от неизправност на експлозивния проводник на бобината или проводника на свещта.