Застосування осцилографа для спостереження сигналів у ланцюгах систем керування (Mercedes-Benz S-Class W220)

Цифрові мультиметри відмінно підходять для перевірки знаходяться у статичному стані електричних ланцюгів, а також для фіксації повільних змін досліджуваних параметрів. При проведенні ж динамічних перевірок, що виконуються на працюючому двигуні, а також при виявленні причин спорадичний збоїв абсолютно незамінним інструментом стає осцилограф.

Деякі осцилографи дозволяють зберігати осцилограми у вбудованому модулі пам'яті з наступним виведенням результатів на друк або перекачуванням їх на носій персонального комп'ютера вже в стаціонарних умовах.

Осцилограф дозволяє спостерігати періодичні сигнали та вимірювати напругу, частоту, ширину (тривалість) прямокутних імпульсів, а також рівні напруг, що повільно змінюються.

Осцилограф може бути використаний для:

• Виявлення збоїв нестабільного характеру.
• Перевірка результатів виправлень.
• Моніторинг активності лямбда-зонда системи управління двигуна, обладнаного каталітичним перетворювачем.
• Аналізу лямбда-зондом сигналів, що виробляються, відхилення параметрів яких від норми є безумовних свідченням порушення справності функціонування системи управління в цілому, - з іншого боку, правильність форми видаються лямбда-зондом імпульсів може служити надійною гарантією відсутності порушень в системі управління.

Надійність та простота експлуатації сучасних осцилографів не вимагають від оператора жодних спеціальних знань та досвіду. Інтерпретація отриманої інформації може бути легко проведена шляхом елементарного візуального порівняння знятих під час перевірки осцилограм з наведеними нижче типовими для різних датчиків та виконавчих пристроїв автомобільних систем керування тимчасовими залежностями.

Параметри періодичних сигналів

Кожен сигнал, що знімається за допомогою осцилографа, може бути описаний за допомогою наступних основних параметрів:

• Амплітуда: Різниця максимальної та мінімальної напруги (В) сигналу в межах періоду;
• Період: Тривалість циклу сигналу (мсек)
• Частота: Кількість циклів за секунду (Гц);
• Ширина: Тривалість прямокутного імпульсу (мс, мкс);
• Відношення періоду повторення до ширини (У зарубіжній термінології застосовується зворотний шпаруватість параметр званий робочим циклом, виражений у %);
• Форма сигналу: Послідовність прямокутних імпульсів, одиничні викиди, синусоїда, пилкоподібні імпульси і т.п.

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

Сигнали постійного струму – аналізується лише напруга сигналу.

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

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

Індуктивний датчик 15 положення колінчастого валу (CKP) b – розпізнавання циліндра №1 (пропущено 2 зуби)

Сигнали, модульовані за шириною імпульсу (ШІМ) – аналізуються амплітуда, частота, форма сигналу та шпаруватість періодичних імпульсів. Джерелами таких сигналів є пристрої.

Форма сигналу, що видається осцилографом, залежить від безлічі різних факторів і може значною мірою змінюватися. Зважаючи на сказане, перш ніж приступати до заміни підозрюваного компонента у разі розбіжності форми знятого діагностичного сигналу з еталонною осцилограмою, слід ретельно проаналізувати отриманий результат:

Напруга

Нульовий рівень еталонного сигналу не можна розглядати як абсолютного опорного значення, - "нуль" реального сигналу, залежно від конкретних параметрів ланцюга, що перевіряється, може виявитися зрушеним щодо еталонного в межах певного допустимого діапазону.

Повна амплітуда сигналу залежить від напруги живлення контура, що перевіряється, і також може варіюватися щодо еталонного значення в певних межах.

У ланцюгах постійного струму амплітуда сигналу обмежується напругою живлення. Як приклад можна навести ланцюг системи стабілізації оборотів холостого ходу (IAC), сигнальна напруга якої не змінюється зі зміною оборотів двигуна.

У ланцюгах змінного струму амплітуда сигналу вже однозначно залежить від частоти роботи джерела сигналу, так, амплітуда сигналу, що видається датчиком положення колінчастого валу (CKP), буде збільшуватися з підвищенням обертів двигуна.

З огляду на сказане, якщо амплітуда знімається за допомогою осцилографа сигналу виявляється надмірно низькою або високою (аж до обрізання верхніх рівнів), Достатньо лише переключити робочий діапазон приладу, перейшовши на відповідну шкалу вимірювання.

При перевірці обладнання ланцюгів з електромагнітним керуванням (наприклад, система IAC) при відключенні живлення можуть спостерігатися кидки напруги, які можна спокійно ігнорувати під час аналізу результатів виміру.

Не слід турбуватися також з появою таких деформацій осцилограми, як скошування нижньої частини переднього фронту прямокутних імпульсів, якщо, звичайно, сам факт викладання фронту не є ознакою порушення справності функціонування компонента, що перевіряється.

Частота

Частота повторення сигнальних імпульсів залежить від робочої частоти джерела сигналів.

Форма сигналу, що знімається, може бути відредагована і приведена до зручного для аналізу виду шляхом перемикання на осцилографі масштабу тимчасової розгортки зображення.

При спостереженні сигналів ланцюгах змінного струму тимчасова розгортка осцилографа залежить від частоти джерела сигналу, визначається оборотами двигуна.

Як уже говорилося вище, для приведення сигналу до виду, що легко читається, достатньо переключити масштаб тимчасової розгортки осцилографа.

У деяких випадках характерні зміни сигналу виявляються дзеркально розгорнутими щодо еталонних залежностей, що пояснюється реверсивністю полярності підключення відповідного елемента і, за відсутності заборони на зміну полярності підключення, може бути проігноровано при аналізі.

Типові сигнали компонентів систем керування двигуном

Сучасні осцилографи зазвичай обладнані лише двома сигнальними проводами в купі з набором різноманітних щупів, що дають змогу здійснити підключення приладу практично до будь-якого пристрою.

Червоний провід підключений до позитивного полюса осцилографа і зазвичай приєднується до клеми електронного модуля керування (ECM). Чорний провід слід приєднувати до надійно заземленої точки (маси).

Інжектори

Управління складом повітряно-паливної суміші у сучасних автомобільних електронних системах упорскування палива здійснюється шляхом своєчасного коригування тривалості відкривання електромагнітних клапанів інжекторів.

Тривалість перебування інжекторів у відкритому стані визначається тривалістю вироблених модулем управління електричних імпульсів, що подаються на вхід електромагнітних клапанів. Тривалість імпульсів вимірюється в мілісекундах і не виходить за межі діапазону 1÷14 мс.

Типова осцилограма управляючого спрацьовуванням інжектора імпульсу представлена на ил. Часто на осцилограмі можна спостерігати також серію коротких пульсацій, що прямують безпосередньо за негативним прямокутним імпульсом, що ініціює, і підтримують електромагнітний клапан інжектора у відкритому стані, а також різкий позитивний кидок напруги, що супроводжує момент закривання клапана.

Справність функціонування ECM може бути легко перевірена за допомогою осцилографа шляхом візуального спостереження змін форми керуючого сигналу при варіюванні робочих параметрів двигуна. Так, тривалість імпульсів при провертанні двигуна на холостих обертах повинна бути трохи вищою, ніж при роботі агрегату на низьких обертах. Підвищення оборотів двигуна повинно супроводжуватися відповідним збільшенням часу перебування інжекторів у відкритому стані. Ця залежність особливо добре виявляється при відкриванні дросельної заслінки короткими натисканнями на педаль газу.

За допомогою тонкого щупа з комплекту, що додається до осцилографа, приєднайте червоний провід приладу до інжекторної клеми ECM системи керування двигуном. Щуп другого сигнального дроту (чорного) осцилографа надійно заземлити.

Проаналізуйте форму зчитуваного під час прокручування двигуна сигналу.

Запустивши двигун, перевірте форму керуючого сигналу на холостих обертах.

Різко натиснувши на педаль газу, підніміть частоту обертання двигуна до 3000 об/хв, - тривалість керуючих імпульсів у момент акселерації повинна помітно збільшитися, з подальшою стабілізацією на рівні рівному, або трохи меншому властивому обертів холостого ходу.

Швидке закривання дросельної заслінки має призводити до спрямовування осцилограми, що підтверджує факт перекривання інжекторів (для систем з відсіканням подачі палива).

При холодному запуску двигун потребує деякому збагаченні повітряно-паливної суміші, що забезпечується автоматичним збільшенням тривалості відкривання інжекторів. У міру прогріву тривалість керуючих імпульсів на осцилограмі повинна безперервно скорочуватися, поступово наближаючись до типового для неодружених оборотів значенням.

У системах упорскування, в яких не застосовується інжектор холодного запуску, при холодному запуску двигуна використовуються додаткові імпульси, що проявляються на осцилограмі у вигляді пульсацій змінної довжини.

У наведеній нижче таблиці представлена типова залежність тривалості імпульсів керуючих відкривання інжекторів від робочого стану двигуна.

Стан двигуна	Тривалість керуючого імпульсу, мс
Неодружені оберти	1,5÷5
2000÷3000 об/хв	1,1÷3,5
Повний газ	8,2÷3,5

Індуктивні датчики

Запустіть двигун і порівняйте осцилограму, що знімається з виходу індуктивного датчика з наведеною на 27 еталонної.

Збільшення оборотів двигуна повинно супроводжуватися збільшенням амплітуди імпульсного сигналу, що виробляється датчиком.

Електромагнітний клапан стабілізації обертів холостого ходу (IAC)

В автомобілебудуванні використовуються електромагнітні клапани IAC безлічі різних типів, що видають сигнали різної форми.

Загальною відмінністю всіх клапанів є той факт, що шпаруватість сигналу повинна зменшуватися зі зростанням навантаження на двигун, пов'язаної з включенням додаткових споживачів потужності, що викликають зниження оборотів холостого ходу.

Якщо шпаруватість осцилограми змінюється зі збільшенням навантаження, проте при включенні споживачів має місце порушення стабільності обертів холостого ходу, перевірте стан ланцюга електромагнітного клапана, а також правильність командного сигналу ECM.

Зазвичай у ланцюгах стабілізації оборотів холостого ходу використовується 4-полюсний кроковий електродвигун, опис якого наведено нижче. Перевірка 2-контактних і 3-контактних клапанів IAC проводиться в аналогічній манері, проте осцилограми сигнальних напруг, що видаються ними, абсолютно несхожі.

Кроковий електромотор, реагуючи на пульсуючий керуючий сигнал, що видається ECM, проводить ступінчасте коригування оборотів холостого ходу двигуна відповідно до робочої температури охолоджуючої рідини і поточного навантаження на двигун.

Рівні сигналів, що управляють, можуть бути перевірені за допомогою осцилографа, вимірювальний щуп якого підключається почергово до кожної з чотирьох клем крокового мотора.

Прогрійте двигун до нормальної робочої температури та залиште його працюючим на холостих обертах.

Для збільшення навантаження на двигун увімкніть головні фари, кондиціонер повітря, або - на моделях з гідропідсилювачем керма - поверніть кермо. Оберти холостого ходу повинні на короткий час впасти, проте відразу знову стабілізуватися за рахунок спрацьовування клапана IAC.

Порівняйте зняту осцилограму з наведеною на малюнку. 28 еталонної.

Лямбда-зонд (кисневий датчик)

Примітка. У Розділі наводяться осцилограми, типові для кисневих датчиків цирконієвого типу, що найбільш часто використовуються на автомобілях, в яких не використовується опорна напруга 0.5 В. Останнім часом все більшої популярності набувають титанові датчики, робочий діапазон сигналу яких становить 0÷5 В, причому високий рівень напруги видається при згорянні збідненої суміші, низький - збагаченої.

Підключіть осцилограф між клемою λ-зонда на ECM та масою.

Переконайтеся, що двигун прогрітий до нормальної робочої температури.

Порівняйте виведену на екран вимірювача осцилограму з наведеною на малюнку. 27 еталонною залежністю.

Якщо сигнал, що знімається, не є хвилеподібним, а являє собою лінійну залежність, то, залежно від рівня напруги, це свідчить про надмірне перезбіднення (0÷0.15 В), або перезбагачення (0.6÷1 В) повітряно-паливної суміші.

Якщо на холостих обертах двигуна має місце нормальний хвилеподібний сигнал, спробуйте кілька разів різко вичавити педель газу, - коливання сигналу не повинні виходити за межі діапазону 0÷1 Ст.

Збільшення обертів двигуна має супроводжуватись підвищенням амплітуди сигналу, зменшення – зниженням.

Датчик детонації (KS)

Підключіть осцилограф між клемою датчика детонації ECM та масою.

Переконайтеся, що двигун прогрітий до нормальної робочої температури.

Різко вичавіть педаль газу і порівняйте форму сигналу змінного струму, що знімається, з наведеною на мал. еталонною осцилограмою.

При недостатній чіткості зображення легенько постукайте по блоку циліндрів у районі розміщення датчика детонації.

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

Сигнал запалення на виході підсилювача

Підключіть осцилограф між клемою підсилювача запалювання ECM та масою.

Прогрійте двигун до нормальної робочої температури та залиште його працюючим на холостих обертах.

На екран осцилографа повинна видаватись послідовність прямокутних імпульсів постійного струму. Порівняйте форму сигналу з наведеної на іл. 31 еталонною осцилограмою, приділяючи пильну увагу збігу таких параметрів, як амплітуда, частота та форма імпульсів.

При збільшенні обертів двигуна частота сигналу має збільшуватися прямо пропорційно.

Первинна обмотка котушки запалювання

Підключіть осцилограф між клемою котушки запалювання ECM та масою.

Прогрійте двигун до нормальної робочої температури та залиште його працюючим на холостих обертах.

Порівняйте форму сигналу з наведеної на іл. 31 еталонною осцилограмою - позитивні кидки напруги повинні мати постійну амплітуду.

Нерівномірність кидків може бути викликана надмірним опором вторинної обмотки, а також несправністю стану ВР дроту котушки або свічкового дроту.

Сигнал датчика В40 температури/рівня/кількості олії