Spis treści: Informacje ogólne ↓ Parametry sygnałów okresowych ↓ Sygnały prądu stałego ↓ Sygnały prądu przemiennego ↓ Sygnały o modulacji częstotliwości…↓ Sygnały z modulacją szerokości…↓ Zakodowana prostokątna sekwencja…↓ Interpretacja oscylogramów ↓ Woltaż ↓ Częstotliwość ↓ Typowe sygnały komponentów układu…↓ Wtryskiwacze ↓ Czujniki indukcyjne ↓ Zawór elektromagnetyczny sterujący…↓ Sonda lambda (czujnik tlenu) ↓ Czujnik spalania stukowego (KS) ↓ Sygnał zapłonowy na wyjściu…↓ Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej ↓
Informacje ogólne
Cyfrowe multimetry świetnie nadają się do testowania obwodów elektrycznych i rejestrowania powolnych zmian monitorowanych parametrów. Podczas przeprowadzania testów dynamicznych pracującego silnika, a także przy ustalaniu przyczyn sporadycznych usterek, oscyloskop staje się narzędziem absolutnie niezastąpionym.
Niektóre oscyloskopy pozwalają na zapis oscylogramów w wbudowanym module pamięci, a następnie wydruk wyników lub przeniesienie ich na dysk komputera osobistego w warunkach stacjonarnych.
Oscyloskop pozwala na obserwację sygnałów okresowych i pomiar napięcia, częstotliwości, szerokości (czas trwania) impulsy prostokątne oraz powoli zmieniające się poziomy napięcia. Za pomocą oscyloskopu można wykonywać następujące procedury:
- Wykrywanie niestabilnych awarii;
- Sprawdzanie efektów wprowadzonych korekt;
- Monitorowanie aktywności sondy lambda układu sterowania silnikiem wyposażonym w katalizator;
- Analiza sygnałów generowanych przez sondę lambda, których odchylenia parametrów od normy są bezwzględnym sygnałem o nieprawidłowym działaniu całego układu sterowania. Z drugiej strony, prawidłowy kształt impulsów wysyłanych przez czujnik może być niezawodną gwarancją braku naruszeń w układzie sterowania.
Niezawodność i łatwość obsługi nowoczesnych oscyloskopów nie wymagają od operatora żadnej specjalistycznej wiedzy ani doświadczenia. Interpretację uzyskanych informacji można łatwo przeprowadzić, porównując wizualnie oscylogramy wykonane podczas testu z podanymi poniżej zależnościami czasowymi, typowymi dla różnych czujników i elementów wykonawczych układów sterowania samochodowego.
Parametry sygnałów okresowych
Każdy sygnał rejestrowany przez oscyloskop można opisać za pomocą następujących podstawowych parametrów: (zobacz załączoną ilustrację):
- Amplituda: różnica między maksymalnym i minimalnym napięciem (V) sygnału w okresie;
- Okres: Czas trwania cyklu sygnału (ms);
- Częstotliwość: Liczba cykli na sekundę (Hz);
- Szerokość: Czas trwania impulsu prostokątnego (ms, μs);
- Współczynnik wypełnienia: Stosunek okresu powtarzania do szerokości (w terminologii obcej stosuje się odwrotność współczynnika wypełnienia, zwaną współczynnikiem roboczym, wyrażony w %);
- Kształt sygnału: prostokątny ciąg impulsów, impuls, fala sinusoidalna, impuls piłokształtny itp.
Z reguły parametry uszkodzonego urządzenia znacznie różnią się od parametrów urządzeń odniesienia, co pozwala doświadczonemu operatorowi łatwo i szybko zidentyfikować uszkodzony element poprzez analizę odpowiedniego oscylogramu.
Sygnały prądu stałego
Jedyną cechą charakterystyczną takich sygnałów jest napięcie.
Sygnały DC generowane są przez urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach:
Czujnik temperatury płynu chłodzącego silnika (ECT)
Czujnik temperatury powietrza dolotowego (IAT)
Czujnik położenia przepustnicy (TPS)
Podgrzewana sonda lambda
Miernik przepływu powietrza objętościowego (VAF)
Miernik przepływu masowego powietrza (MAF)
Sygnały prądu przemiennego
Głównymi cechami tych sygnałów są amplituda, częstotliwość i kształt sygnału (zobacz ilustracje poniżej).
Czujnik spalania stukowego (KS)
Indukcyjny czujnik prędkości silnika
Sygnały o modulacji częstotliwości (FM)
Charakterystykami roboczymi sygnałów o modulacji częstotliwości są amplituda, częstotliwość, kształt sygnału i szerokość okresowych impulsów.
Źródłem sygnałów FM są urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach:
Indukcyjny czujnik położenia wału korbowego (CKP)
Czujnik położenia wałka rozrządu indukcyjny (CMP)
Indukcyjny czujnik prędkości pojazdu (VSS)
Czujniki prędkości i położenia wału wykorzystujące efekt Halla
Czujniki optyczne prędkości i położenia wału
Cyfrowe czujniki do pomiaru termometrycznego masy powietrza (MAF) i ciśnienia bezwzględnego w kolektorze dolotowym (MAP)
Sygnały z modulacją szerokości impulsu (PWM)
Charakterystyką działania sygnałów modulacji szerokości impulsu (PWM) są amplituda, częstotliwość, kształt fali i współczynnik wypełnienia impulsów okresowych.
Źródłem sygnałów PWM są urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach:
Wtryskiwacze paliwa
Urządzenia do sterowania prędkością biegu jałowego (IAC)
Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej
Elektromagnetyczny zawór odpowietrzający węglowego adsorpcyjnej (EVAP)
Zawory recyrkulacji spalin (EGR)
Zakodowana prostokątna sekwencja impulsów
Charakterystyką pracy urządzenia jest amplituda, częstotliwość i kształt sekwencji poszczególnych impulsów.
Tego typu sygnał generowany jest przez moduł pamięci samodiagnostycznej ECM układu sterowania silnikiem.
Analizując szerokość i kształt impulsów oraz licząc ich liczbę w każdej grupie, można odczytać kody błędów zapisane w pamięci (kod 1223 – patrz załączona ilustracja).
Amplituda i kształt sygnału pozostają stałe, a zarejestrowana wartość będzie wyprowadzana aż do wyczyszczenia pamięci modułu.
Interpretacja oscylogramów
Kształt sygnału generowanego przez oscyloskop zależy od wielu różnych czynników i może ulegać znacznym zmianom. Mając na uwadze powyższe, przed przystąpieniem do wymiany podejrzanego podzespołu, w przypadku stwierdzenia rozbieżności pomiędzy kształtem usuniętego sygnału diagnostycznego a oscylogramem odniesienia, należy szczegółowo przeanalizować uzyskany wynik (zobacz ilustracje poniżej).
Sygnał cyfrowy
Sygnał analogowy
Woltaż
Poziom zerowy sygnału odniesienia nie może być traktowany jako wartość odniesienia bezwzględnego – "zero" sygnału rzeczywistego, w zależności od konkretnych parametrów testowanego obwodu, może być przesunięte względem odniesienia ([1] – patrz ilustracja Sygnał cyfrowy) w pewnym dopuszczalnym zakresie.
Pełna amplituda sygnału zależy od napięcia zasilania testowanego obwodu i może się także zmieniać w pewnych granicach w stosunku do wartości odniesienia ([3] – patrz ilustracja sygnału cyfrowego i [2] – patrz ilustracja sygnału analogowego).
W obwodach prądu stałego zakres sygnału jest ograniczony napięciem zasilania. Przykładem jest układ Idle Speed Control (IAC), którego napięcie sygnału nie zmienia się w żaden sposób przy zmianach prędkości obrotowej silnika.
W obwodach prądu przemiennego amplituda sygnału jest już wyraźnie zależna od częstotliwości źródła sygnału, więc amplituda sygnału generowanego przez czujnik położenia wału korbowego (CKP) będzie wzrastać wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.
W związku z powyższym, jeżeli amplituda sygnału zarejestrowanego za pomocą oscyloskopu jest nadmiernie niska lub zbyt wysoka, (aż do wycięcia górnych poziomów), wystarczy po prostu zmienić zakres roboczy urządzenia, przesuwając się na odpowiednią skalę pomiarową.
Podczas sprawdzania urządzeń obwodów sterowanych elektromagnetycznie (na przykład system IAC) w przypadku odłączenia zasilania mogą wystąpić skoki napięcia ([4] – patrz ilustracja Sygnał cyfrowy), które można bezpiecznie zignorować podczas analizy wyników pomiaru.
Nie należy również obawiać się pojawienia się takich deformacji oscylogramu, jak spłaszczenie dolnej części przedniej krawędzi impulsów prostokątnych ([5] – patrz ilustracja Sygnał cyfrowy), o ile oczywiście sam fakt spłaszczenia czoła nie jest oznaką nieprawidłowego działania badanego elementu.
Częstotliwość
Częstotliwość powtarzania impulsów sygnału zależy od częstotliwości roboczej źródła sygnału.
Kształt rejestrowanego sygnału można edytować i dostosować do formy wygodnej do analizy, zmieniając skalę podstawy czasu obrazu na oscyloskopie.
Podczas obserwacji sygnałów w obwodach prądu przemiennego podstawa czasu oscyloskopu zależy od częstotliwości źródła sygnału ([3] - patrz ilustracja Sygnał analogowy), określonej przez prędkość obrotową silnika.
Jak wspomniano powyżej, aby sygnał stał się bardziej czytelny, wystarczy przełączyć skalę podstawy czasu oscyloskopu.
W niektórych przypadkach oscylogram sygnału okazuje się być lustrzanym odbiciem zależności odniesienia, co jest wyjaśnione odwracalnością biegunowości połączenia odpowiedniego elementu i w przypadku braku zakazu zmiany biegunowości połączenia może zostać pominięte w trakcie analizy.
Typowe sygnały komponentów układu sterowania silnikiem
Nowoczesne oscyloskopy są zazwyczaj wyposażone tylko w dwa przewody sygnałowe i zestaw różnorodnych sond, które umożliwiają podłączenie urządzenia do niemal każdego urządzenia.
Czerwony przewód podłącza się do dodatniego zacisku oscyloskopu, a zazwyczaj do zacisku modułu sterowania elektronicznego (ECM). Czarny przewód należy podłączyć do niezawodnego punktu uziemienia (masy).
Wtryskiwacze
Skład mieszanki paliwowo-powietrznej w nowoczesnych elektronicznych układach wtrysku paliwa w samochodach jest regulowany poprzez odpowiednią regulację czasu otwarcia zaworów elektromagnetycznych wtryskiwaczy.
Czas trwania stanu otwartego wtryskiwaczy jest uzależniony od czasu trwania impulsów elektrycznych generowanych przez moduł sterujący i podawanych na wejście zaworów elektromagnetycznych. Czas trwania impulsu mierzony jest w milisekundach i zwykle nie przekracza zakresu 1–14 ms. Typowy oscylogram sterowania wyzwalającego wtryskiwacz impulsowy pokazano na załączonej ilustracji.
Często oscylogram może również pokazywać serię krótkich pulsacji, które następują bezpośrednio po inicjującym ujemnym impulsie prostokątnym i utrzymują zawór elektromagnetyczny wtryskiwacza w stanie otwartym, a także gwałtowny dodatni skok napięcia, który towarzyszy momentowi zamknięcia zaworu.
Prawidłowe działanie modułu ECM można łatwo zweryfikować za pomocą oscyloskopu, wizualnie obserwując zmiany kształtu sygnału sterującego przy zmianie parametrów pracy silnika. Dlatego czas trwania impulsów przy pracy silnika na biegu jałowym powinien być nieznacznie dłuższy niż w przypadku pracy jednostki na niskich obrotach. Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinno towarzyszyć odpowiednie wydłużenie czasu otwarcia wtryskiwaczy. Zależność ta jest szczególnie widoczna przy otwieraniu przepustnicy poprzez krótkie naciśnięcie pedału gazu.
1. Używając cienkiej sondy z zestawu dostarczonego z oscyloskopem, podłącz czerwony przewód narzędzia do zacisku wtryskiwacza układu zarządzania silnikiem ECM. Dokładnie uziemić sondę drugiego przewodu sygnałowego (czarnego) oscyloskopu.
2. Przeanalizuj kształt sygnału odczytywanego podczas rozruchu silnika.
3. Po uruchomieniu silnika należy sprawdzić kształt sygnału sterującego na biegu jałowym.
4. Mocno naciskając pedał gazu, podnieś obroty silnika do 3000 obr/min, czas trwania impulsów sterujących w chwili przyspieszania powinien wyraźnie wzrosnąć, a następnie ustabilizować się na poziomie równym lub nieznacznie mniejszym od prędkości obrotowej biegu jałowego.
Gwałtowne zamknięcie przepustnicy powinno spowodować wyprostowanie się oscylogramu, potwierdzając fakt zachodzenia na siebie wtryskiwaczy (dla systemów z odcięciem paliwa).
Podczas zimnego rozruchu silnika zachodzi potrzeba pewnego wzbogacenia mieszanki paliwowo-powietrznej, co jest zapewniane poprzez automatyczne zwiększenie czasu otwarcia wtryskiwaczy. W miarę nagrzewania się silnika czas trwania impulsów sterujących na oscylogramie powinien ulegać ciągłemu zmniejszaniu, stopniowo zbliżając się do wartości charakterystycznej dla biegu jałowego.
W układach wtryskowych, w których nie zastosowano wtryskiwacza do zimnego rozruchu silnika, podczas zimnego rozruchu silnika stosowane są dodatkowe impulsy sterujące, które na oscylogramie pojawiają się w postaci pulsacji o zmiennej długości.
Poniższa tabela przedstawia typową zależność czasu trwania impulsów sterujących otwarciem wtryskiwaczy od stanu pracy silnika.
| Stan silnika | Czas trwania impulsu sterującego, ms |
| Prędkość biegu jałowego | 1.5 – 5 |
| 2000 – 3000 obr./min | 1.1 – 3.5 |
| Pełna moc | 8.2 – 3.5 |
Czujniki indukcyjne
Uruchom silnik i porównaj oscylogram pobrany z wyjścia czujnika indukcyjnego z oscylogramem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji.
Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinien towarzyszyć wzrost amplitudy sygnału impulsowego generowanego przez czujnik.
Zawór elektromagnetyczny sterujący prędkością biegu jałowego (IAC)
W przemyśle motoryzacyjnym stosuje się wiele różnych typów zaworów elektromagnetycznych IAC, wytwarzających sygnały o różnym kształcie.
Wspólną cechą wyróżniającą wszystkie zawory jest fakt, że współczynnik wypełnienia sygnału musi się zmniejszać wraz ze wzrostem obciążenia silnika, związanego z włączeniem dodatkowych odbiorników energii, co powoduje zmniejszenie prędkości biegu jałowego.
Jeżeli współczynnik wypełnienia oscylogramu zmienia się wraz ze wzrostem obciążenia, a po włączeniu odbiorników następuje naruszenie stabilności prędkości obrotowej biegu jałowego, należy sprawdzić stan obwodu zaworu elektromagnetycznego, a także poprawność sygnału sterującego wysyłanego przez ECM.
Silnik krokowy 4-biegunowy jest zwykle stosowany w obwodach sterowania prędkością biegu jałowego, jak opisano poniżej. Lampy IAC 2-pinowe i 3-pinowe testuje się w podobny sposób, ale kształty przebiegów napięć sygnałów, jakie wytwarzają, są zupełnie inne.
Silnik krokowy, reagując na pulsujący sygnał sterujący wysyłany przez ECM, dokonuje stopniowej regulacji prędkości obrotowej biegu jałowego silnika zależnie od temperatury roboczej płynu chłodzącego i aktualnego obciążenia silnika.
Poziomy sygnału sterującego można sprawdzić za pomocą oscyloskopu, którego sondę pomiarową podłącza się kolejno do każdego z czterech zacisków silnika krokowego.
1. Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozwól mu pracować na biegu jałowym.
2. Aby zwiększyć obciążenie silnika, włącz reflektory, klimatyzację lub, w modelach ze wspomaganiem kierownicy, obróć kierownicę. Prędkość obrotowa biegu jałowego powinna chwilowo spaść, ale potem natychmiast się ustabilizować dzięki działaniu zaworu IAC.
3. Porównaj zarejestrowany oscylogram z oscylogramem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji.
Sonda lambda (czujnik tlenu)
Notatka. W rozdziale zamieszczono oscylogramy typowe dla najczęściej stosowanych w samochodach sond lambda typu cyrkonowego, które nie wykorzystują napięcia odniesienia 0,5 V. Ostatnio coraz większą popularnością cieszą się czujniki tytanowe, których zakres sygnału roboczego wynosi 0–5 V, przy czym wysoki poziom napięcia generowany jest podczas spalania mieszanki ubogiej, a niski poziom napięcia podczas spalania mieszanki bogatej.
(Tekst pochodzi z podanej strony internetowej: www.ToyotaMan.ru)
1. Podłącz oscyloskop pomiędzy zacisk sondy lambda na module ECM a masę.
2. Upewnij się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej.
3. Porównaj oscylogram wyświetlany na ekranie miernika z zależnością odniesienia pokazaną na załączonej ilustracji.
Jeżeli odczytywany sygnał nie ma charakteru falowego, lecz jest zależnością liniową, to w zależności od poziomu napięcia wskazuje to na nadmierne ubożenie (0–0,15 V) lub nadmierne wzbogacenie (0,6–1 V) mieszanki paliwowo-powietrznej.
Jeżeli podczas pracy silnika na biegu jałowym pojawi się normalny sygnał falowy, należy spróbować kilkakrotnie mocno nacisnąć pedał gazu; wahania sygnału nie powinny przekraczać zakresu 0–1 V.
Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinien towarzyszyć wzrost amplitudy sygnału, a jej zmniejszeniu - spadek.
Czujnik spalania stukowego (KS)
1. Podłącz oscyloskop między zaciskiem czujnika spalania stukowego ECM a masą.
2. Upewnij się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej.
3. Mocno naciśnij pedał gazu i porównaj kształt rejestrowanego sygnału prądu przemiennego z oscylogramem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji.
4. Jeżeli obraz nie jest wystarczająco wyraźny, lekko stuknij w blok cylindrów w miejscu, w którym znajduje się czujnik spalania stukowego.
5. Jeżeli nie jest możliwe uzyskanie jednoznacznego kształtu sygnału, należy wymienić czujnik KS lub sprawdzić stan okablowania jego obwodu.
Sygnał zapłonowy na wyjściu wzmacniacza zapłonowego
1. Podłącz oscyloskop między zaciskiem wzmacniacza zapłonu ECM a masą.
2. Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozostaw go na biegu jałowym.
3. Na ekranie oscyloskopu powinna zostać wyświetlona sekwencja prostokątnych impulsów prądu stałego. Porównaj kształt otrzymanego sygnału z oscylogramem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji, zwracając szczególną uwagę na zgodność takich parametrów, jak amplituda, częstotliwość i kształt impulsu.
W miarę wzrostu prędkości obrotowej silnika częstotliwość sygnału powinna wzrastać wprost proporcjonalnie.
Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej
1. Podłącz oscyloskop pomiędzy zacisk cewki zapłonowej ECM a masę.
2. Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozostaw go na biegu jałowym.
3. Porównaj kształt otrzymanego sygnału z oscylogramem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji; dodatnie skoki napięcia powinny mieć stałą amplitudę.
Nierównomierność przepięć może być spowodowana nadmierną rezystancją uzwojenia wtórnego, jak również wadliwym stanem przewodu wysokiego napięcia cewki lub przewodu świecy zapłonowej.