Застосування осцилографа для спостереження сигналів системи керування

Загальна інформація

Цифрові мультиметри відмінно підходять для перевірки електричних ланцюгів, що знаходяться в статичному стані, а також для фіксації повільних змін параметрів, що відстежуються. При проведенні динамічних перевірок, що виконуються на працюючому двигуні, а також при виявленні причин спорадичних 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 при виконанні наступних процедур:

• a) Виявлення збоїв нестабільного характеру;
• b) Перевірки результатів виправлень;
• c) Моніторинг активності лямбда-зонда системи управління двигуна, обладнаного каталітичним перетворювачем;
• d) Аналізу сигналів, що виробляються лямбда-зондом, відхилення параметрів яких від норми є безумовним свідченням порушення справності функціонування системи управління в цілому. З іншого боку, правильність форми імпульсів, що видаються датчиком, може служити надійною гарантією відсутності порушень у 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 часовими залежностями, типовими для різних датчиків та виконавчих пристроїв автомобільних систем керування.

Параметри періодичних сигналів

Загальні відомості

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

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

Зазвичай характеристики несправного пристрою сильно відрізняються від еталонних, що дозволяє досвідченому оператору легко і швидко виявити компонент, що відмовив шляхом аналізу відповідної осцилограми.

Сигнали постійного струму

Єдиною робочою характеристикою таких сигналів є напруга.

Сигнали постійного струму виробляються такими пристроями:

Сигнали змінного струму

Основними характеристиками даних сигналів є амплітуда, частота та форма сигналу.

Частотно-модульовані сигнали (ЧС)

Робочими характеристиками частотно-модульованих сигналів є амплітуда, частота, форма сигналу та ширина періодичних імпульсів.


Джерелами ЧС сигналів є такі пристрої:

Сигнали, модульовані за шириною імпульсу (ШИМ)

Робочими характеристиками сигналів широтно-імпульсної модуляції (ШИМ) є амплітуда, частота, форма сигналу та шпаруватість періодичних імпульсів.

Джерелами сигналів ШІМ є представлені на наступних ілюстраціях пристрою:

Кодована послідовність прямокутних імпульсів

Робочими характеристиками є амплітуда, частота та форма послідовності окремих імпульсів.

Подібні сигнали генерує модуль пам'яті самодіагностики ECM системи управління двигуном.



Шляхом аналізу ширини і форми імпульсів, а також підрахунку їх кількості в кожній із груп можуть бути зчитані коди несправностей, що зберігаються в пам'яті.

Амплітуда та форма сигналу залишаються постійними, записане значення буде видаватися доти, доки пам'ять модуля не буде очищена.

Інтерпретація осцилограм

Форма сигналу, що видається осцилографом, залежить від безлічі різних факторів і може значною мірою видозмінюватися. 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 абсолютне опорне значення, - «нуль» реального сигналу, залежно від конкретних параметрів ланцюга, що перевіряється, може виявитися зрушеним щодо еталонного [1] в межах певного допустимого діапазону.


Повна амплітуда сигналу залежить від напруги живлення контура, що перевіряється, і також може змінюватись у певних межах щодо еталонного значення [3] і [2].

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

У ланцюгах змінного струму амплітуда сигналу вже однозначно залежить від частоти спрацьовування джерела сигналу, так, амплітуда сигналу, що видається датчиком положення колінчастого валу (CKP) збільшуватиметься з підвищенням оборотів 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 [4], які під час аналізу результатів виміру можна спокійно ігнорувати.

Не слід турбуватися також при появі таких деформацій осцилограми, як скошування нижньої частини переднього фронту прямокутних імпульсів [5], 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 [3], визначається оборотами двигуна.

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

У деяких випадках осцилограма сигналу виявляється дзеркально розгорнутою відносно еталонної залежності, 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 разом із набором різноманітних щупів, що дозволяють здійснити підключення приладу практично до будь-якого пристрою.

Червоний провід підключений до позитивного полюса осцилографа і зазвичай приєднується до клеми електронного модуля управління (ECM). Чорний провід слід під'єднувати до надійно заземленої точки (масі).

Інжектори упорскування

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.



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 сигналу керуючого при варіюванні робочих параметрів двигуна. Так, тривалість імпульсів при провертанні двигуна на холостих оборотах має бути дещо вищою, ніж при роботі агрегату на низьких оборотах. Підвищення оборотів двигуна має супроводжуватися відповідним збільшенням часу перебування інжекторів у відкритому стані. Ця залежність особливо добре проявляється 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 деякого збагачення повітряно-паливної суміші, що забезпечується автоматичним збільшенням тривалості відкривання інжекторів. У міру прогрівання тривалість керуючих імпульсів на осцилограмі повинна безперервно скорочуватися, поступово наближаючись до типового для холостих обертів значення.

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 еталонною на ілюстрації.

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

Електромагнітний клапан стабілізації оборотів 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 із наведеною на ілюстрації еталонною.

Лямбда-зонд (кисневий датчик)

Примітка. У Розділі наводяться осцилограми, типові для найчастіше застосовуваних на автомобілях лямбда-зондів цирконієвого типу, в яких не використовується опорна напруга 0.5В. 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 лямбда-зонда на ECM та масою.

Переконайтеся, що двигун прогрітий до нормальної робочої температури.



Порівняйте виведену на екран вимірювача осцилограму із наведеною на ілюстрації еталонною залежністю.

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

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

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 ілюстрації еталонною осцилограмою.

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

Якщо однозначність форми сигналу не вдається, замініть датчик KS або перевірте стан електропроводки його ланцюга.

Сигнал запалення на виході підсилювача запалювання

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 наведеною на ілюстрації еталонною осцилограмою, приділяючи пильну увагу збігу таких параметрів, як амплітуда, частота і 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 наведеною на ілюстрації 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.