Použitie osciloskopu na pozorovanie signálov riadiaceho systému (Mercedes-Benz S-Class W140)

Všeobecné informácie

Digitálne multimetre sú skvelé na testovanie elektrických obvodov, ktoré sú v statickom stave, ako aj na zaznamenávanie pomalých zmien sledovaných parametrov. Pri dynamických testoch vykonávaných 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 do 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 vykonávanie nasledujúcich postupov:

• a) Detekcia občasných porúch;
• b) Kontrola výsledkov vykonaných opráv;
• c) Sledovanie činnosti lambda sondy riadiaceho systému motora vybaveného katalyzátorom;
• d) Analýza signálov generovaných lambda sondou, ktorej odchýlka parametrov od normy je absolútnym dôkazom poruchy vo fungovaní riadiaceho systému ako celku. Na druhej strane, správny tvar impulzov generovaných snímačom môže slúžiť ako spoľahlivá záruka absencie porušení v riadiacom systéme.

Spoľahlivosť a jednoduchosť ovládania moderných osciloskopov nevyžadujú od obsluhy žiadne špeciálne znalosti a skúsenosti. Interpretáciu získaných informácií je možné ľahko uskutočniť jednoduchým vizuálnym porovnaním oscilogramov nasnímaných počas testu s nižšie uvedenými časovými závislosťami, typickými pre rôzne snímače a akčné členy riadiacich systémov automobilov.

Parametre periodického signálu

Všeobecné informácie

Každý signál zaznamenaný pomocou osciloskopu možno opísať pomocou nasledujúcich základných parametrov:

• a) Amplitúda: maximálne a minimálne napätie (V) signálu v rámci periódy;
• b) Perióda: Čas cyklu signálu (ms);
• c) Frekvencia: Počet cyklov za sekundu (Hz);
• d) Šírka: Dĺžka obdĺžnikového impulzu (ms, µs);
• e) Pracovný faktor: Pomer doby opakovania k šírke (v zahraničnej terminológii sa používa parameter inverzný pracovný cyklus, nazývaný pracovný cyklus, vyjadrený v %);
• f) Tvar vlny: Štvorcová vlna, jeden impulz, sínusoida, pílový zub atď.

Charakteristiky chybného zariadenia sú zvyčajne veľmi odlišné od referenčného zariadenia, čo umožňuje skúsenému operátorovi rýchlo a jednoducho identifikovať chybný komponent analýzou zodpovedajúceho tvaru vlny.

DC signály

Jedinou prevádzkovou charakteristikou takýchto signálov je napätie.

DC signály sú generované nasledujúcimi zariadeniami:

AC signály

Hlavnými charakteristikami týchto signálov sú amplitúda, frekvencia a tvar signálu.

Frekvenčne modulované signály (FM)

Prevádzkové charakteristiky frekvenčne modulovaných signálov sú amplitúda, frekvencia, tvar vlny a šírka periodického impulzu.



Zdrojmi FM signálov sú nasledujúce zariadenia:

Signály s moduláciou šírky impulzu (PWM)

Prevádzkové charakteristiky signálov s moduláciou šírky impulzov (PWM) sú amplitúda, frekvencia, tvar vlny a pracovný cyklus periodických impulzov.

Zdrojmi signálov PWM sú zariadenia zobrazené na nasledujúcich obrázkoch:

Kódovaná sekvencia pravouhlých impulzov

Pracovnými charakteristikami sú amplitúda, frekvencia a tvar sledu jednotlivých impulzov.

Signály tohto druhu generuje samodiagnostický pamäťový modul ECM riadiaceho systému motora.



Analýzou šírky a tvaru impulzov, ako aj spočítaním ich počtu v každej skupine je možné čítať chybové kódy uložené v pamäti.

Amplitúda a tvar signálu zostávajú konštantné, zaznamenaná hodnota bude na výstupe až do vymazania pamäte modulu.

Interpretácia priebehu

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, ak tvar zozbieraného diagnostického signálu nezodpovedá referenčnému oscilogramu, mali by ste pozorne analyzovať získaný výsledok.

Napätie

Nulovú úroveň referenčného signálu nemožno považovať za absolútnu referenčnú hodnotu, v závislosti od špecifických parametrov testovaného obvodu môže byť posunutá vzhľadom na referenčnú hodnotu [1] v rámci určitej prijateľnej hodnoty; rozsah.


Úplná amplitúda signálu závisí od napájacieho napätia testovaného obvodu a môže sa tiež meniť v určitých medziach vzhľadom na referenčnú hodnotu [3] a [2].

V jednosmerných obvodoch je amplitúda signálu obmedzená napájacím napätím. Príkladom je obvod riadenia voľnobehu (IAC), ktorého signálové napätie sa nijako nemení s otáčkami motora.

V striedavých obvodoch už amplitúda signálu jednoznačne závisí od frekvencie prevádzky zdroja signálu, takže amplitúda signálu produkovaného snímačom polohy kľukového hriadeľa (CKP) sa bude zvyšovať so zvyšujúcimi sa otáčkami motora.

Vzhľadom na vyššie uvedené, ak sa ukáže, že amplitúda signálu zaznamenaného pomocou osciloskopu je príliš nízka alebo vysoká (až po odrezanie horných úrovní), stačí prepnúť prevádzkový rozsah prístroja prepnutím na príslušnú meraciu stupnicu.



Pri kontrole vybavenia magneticky riadených obvodov (napr. systém IAC) keď je napájanie vypnuté, môžu byť pozorované napäťové rázy [4], ktoré je možné pri analýze výsledkov merania bezpečne ignorovať.

Nemali by ste sa tiež obávať výskytu takých deformácií oscilogramu, ako je sploštenie spodnej časti nábežnej hrany pravouhlých impulzov [5], pokiaľ, samozrejme, samotná skutočnosť sploštenia prednej časti nie je znakom poruchy komponent, ktorý sa testuje.

Frekvencia

Frekvencia opakovania signálových impulzov závisí od pracovnej frekvencie zdroja signálu.

Tvar zaznamenaného signálu je možné upravovať 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, na uvedenie signálu do čitateľnej podoby stačí prepnúť stupnicu časovej základne osciloskopu.

V niektorých prípadoch sa oscilogram signálu ukáže ako zrkadlový obraz vzhľadom na referenčnú závislosť, čo sa vysvetľuje reverzibilitou polarity pripojenia zodpovedajúceho prvku a pri absencii zákazu zmeny polarity pripojenia môže byť v analýze ignorované.

Typické signály z komponentov riadenia motora

Moderné osciloskopy sú zvyčajne vybavené iba dvoma signálnymi vodičmi spojenými 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 elektronického riadiaceho modulu (ECM). Čierny vodič by mal byť pripojený k správne uzemnenému bodu (uzemnenie).

Injekčné vstrekovače

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

Trvanie zotrvania vstrekovačov v otvorenom stave je určené trvaním elektrických impulzov generovaných riadiacim modulom a dodávaných na vstup solenoidových ventilov. Trvanie impulzov sa meria v milisekundách a zvyčajne nepresahuje rozsah 1÷14 ms.



Na oscilograme môžete často pozorovať aj sériu krátkych vlnení, ktoré bezprostredne nasledujú po iniciačnom negatívnom pravouhlom impulze a udržiavajú elektromagnetický ventil vstrekovača v otvorenom stave, ako aj prudký pozitívny nárast napätia sprevádzajúci moment zatvorenia ventilu.

Správnu funkciu ECM možno ľahko skontrolovať pomocou osciloskopu vizuálnym pozorovaním zmien tvaru riadiaceho signálu pri zmene prevádzkových parametrov motora. Trvanie impulzov pri vytáčaní motora pri voľnobežných otáčkach by teda malo byť o niečo dlhšie, ako keď agregát 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 zariadenia k vstrekovacej svorke ECM riadiaceho systému motora. Bezpečne uzemnite sondu druhého signálneho vodiča (čierny) osciloskopu.

Analyzujte tvar načítaného signálu pri štartovaní motora.

Po naštartovaní motora skontrolujte tvar riadiaceho signálu pri voľnobežných otáčkach.

Prudkým stlačením plynového pedálu zvýšte otáčky motora na 3 000 ot./min. - trvanie riadiacich impulzov v momente zrýchlenia by sa malo výrazne zvýšiť, po ktorom by nasledovala stabilizácia na úrovni rovnej alebo mierne nižšej ako sú voľnobežné otáčky.

Rýchle zatvorenie škrtiacej klapky by malo viesť k vyrovnaniu oscilogramu, čo potvrdzuje skutočnosť, že vstrekovače sa prekrývajú (pre systémy s prerušením dodávky paliva).

Pri studenom štarte potrebuje motor určité obohatenie zmesi vzduch-palivo, čo je zabezpečené automatickým predĺžením trvania otvárania vstrekovačov. Ako sa 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 objavujú vo forme vlniek s premenlivou dĺžkou.

Nižšie uvedená tabuľka ukazuje typickú závislosť trvania riadiacich impulzov pre otváranie vstrekovačov od prevádzkového stavu motora.

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

Indukčné snímače

Naštartujte motor a porovnajte oscilogram získaný z výstupu indukčného snímača s referenčným, ktorý je znázornený na obrázku.

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

Solenoidový ventil riadenia voľnobehu (IAC)

Automobilový priemysel používa mnoho rôznych typov solenoidových ventilov IAC, ktoré tiež produkujú rôzne tvary signálov.

Spoločným charakteristickým znakom všetkých ventilov je skutočnosť, že pracovný cyklus signálu by sa mal znižovať so zvyšujúcim sa zaťažením motora spojeným so zahrnutím ďalších spotrebičov energie, čo spôsobuje zníženie voľnobežných otáčok.

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 vydaného príkazového signálu zo strany ECM.

Obvody stabilizácie otáčok voľnobehu zvyčajne používajú 4-pólový krokový motor, ktorý je popísaný nižšie. 2-kolíkové a 3-kolíkové IAC ventily sa testujú podobným spôsobom, ale signálové napätia, ktoré produkujú, sú úplne odlišné.

Krokový elektromotor, reagujúci na pulzujúci riadiaci signál vydaný ECM, postupne upravuje voľnobežné otáčky motora podľa prevádzkovej teploty chladiacej kvapaliny a aktuálneho zaťaženia 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 na krátky čas klesnúť, ale vzápätí sa opäť stabilizovať v dôsledku činnosti ventilu IAC.



Porovnajte zachytený oscilogram s referenčným oscilogramom zobrazeným na obrázku.

Lambda sonda (kyslíkový senzor)

Poznámka. Sekcia poskytuje oscilogramy typické pre lambda sondy zirkónového typu najčastejšie používané na autách, ktoré nepoužívajú referenčné napätie 0,5 V. V poslednej dobe sú čoraz populárnejšie titánové snímače, ktorých rozsah prevádzkového signálu je 0÷5 V, s vysokou úrovňou napätia vznikajúcou pri spaľovaní chudobnej zmesi a nízkonapäťovou úrovňou 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 glukomera s referenčnou závislosťou zobrazenou na obrázku.

Ak zaznamenaný signál nie je vlnový, ale predstavuje lineárnu závislosť, potom to v závislosti od úrovne napätia naznačuje nadmerné vyčerpanie (0÷0,15 V) alebo nadmerné obohatenie (0,6÷1 V) vzduchu. palivovej zmesi.

Ak je pri voľnobežných otáčkach motora normálny vlnový signál, skúste niekoľkokrát prudko stlačiť plynový pedál - kolísanie signálu by nemalo presiahnuť rozsah 0÷1 V.

Zvýšenie otáčok motora by malo sprevádzať zvýšenie amplitúdy signálu, zníženie - zníženie.

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 referenčným priebehom znázorneným na obrázku.

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

Ak nie je možné dosiahnuť jednoznačný tvar signálu, vymeňte snímač KS, prípadne skontrolujte stav elektroinštalácie jeho obvodu.

Signál zapaľovania na výstupe zosilňovača zapaľovania

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 obdĺžnikových jednosmerných impulzov. Porovnajte priebeh prijatého signálu s referenčným priebehom zobrazeným na obrázku, pričom venujte veľkú pozornosť zhode 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 referenčným oscilogramom znázorneným na obrázku - kladné napäťové rázy by mali mať konštantnú amplitúdu.

Nerovnomerné hody môžu byť spôsobené nadmerným odporom sekundárneho vinutia, ako aj poruchou výbušného drôtu cievky alebo drôtu zapaľovacej sviečky.