Wykorzystanie oscyloskopu do monitorowania parametrów pracy układu sterowania (Opel Corsa B)

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

Informacje ogólne

Każdy sygnał zarejestrowany przez oscyloskop można opisać za pomocą następujących podstawowych parametrów:

Charakterystyka dowolnego sygnału okresowego

• 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);
• Cykl pracy: Stosunek okresu powtarzania do szerokości (w terminologii obcej stosuje się odwrotność współczynnika wypełnienia, zwaną współczynnikiem wypełnienia, wyrażony w %);
• Formularz sygnału:Fala prostokątna, fala iglicowa, fala sinusoidalna, fala piłokształtna 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 są generowane przez urządzenia pokazane poniżej na załączonych ilustracjach.

Sygnały prądu przemiennego

Głównymi cechami tych sygnałów są amplituda, częstotliwość i kształt sygnału.





(Artykuł opublikowany na portalu internetowym: www.OpelBook.ru)

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 prezentowane na załączonych ilustracjach.

Sygnały z modulacją szerokości impulsu (PWM)

Charakterystyką działania sygnałów modulacji szerokości impulsu (PWM) są amplituda, częstotliwość, kształt fali i współczynnik wypełnienia impulsów okresowych.

Przedstawiono źródła sygnałów PWM na załączonych ilustracjach urządzenia.

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, a także licząc ich liczbę w każdej z grup, można odczytać kody błędów zapisane w pamięci (kod 1223).

Sygnał kodu usterki modułu autodiagnostyki układu zarządzania silnikiem (kod 1223)



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.

Woltaż

Poziom zerowy sygnału odniesienia nie może być traktowany jako wartość odniesienia bezwzględnego – "zero" sygnału rzeczywistego, w zależności od konkretnych parametrów badanego obwodu, może być przesunięte względem odniesienia [1] (Sygnał cyfrowy) (zobacz ilustrację) w pewnym dopuszczalnym zakresie.

Pełna amplituda sygnału zależy od napięcia zasilania badanego obwodu i może się także zmieniać w pewnych granicach w stosunku do wartości odniesienia [3] (Sygnał cyfrowy) i [2] (Sygnał analogowy) (zobacz ilustrację).

W obwodach prądu stałego zakres zmian 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 działania 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] (Sygnał cyfrowy) (zobacz ilustrację), które można bezpiecznie pominąć podczas analizy wyników pomiarów.

Nie ma też potrzeby obawiać się pojawienia się takich zniekształceń oscylogramu, jak przekrzywienie dolnej części krawędzi natarcia impulsów prostokątnych [5] (Sygnał cyfrowy) (zobacz ilustrację), chyba że sam fakt spłaszczenia czoła nie jest oznaką nieprawidłowego działania testowanego podzespołu.

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] (Sygnał analogowy) (zobacz ilustrację), ustalana na podstawie prędkości obrotowej 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 w stosunku do zależności odniesienia, co jest wyjaśnione odwracalnością biegunowości połączeń odpowiedniego elementu i w przypadku braku zakazu zmiany biegunowości połączeń można to zignorować podczas analiza.

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. Na rysunku przedstawiono typowy oscylogram sterowania wyzwalaniem wtryskiwacza impulsowego na załączonej ilustracji.

Impuls sterujący otwarciem wtryskiwacza paliwa



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.

Za pomocą 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.

Przeanalizuj kształt sygnału odczytywanego podczas rozruchu silnika.

Po uruchomieniu silnika należy sprawdzić kształt sygnału sterującego na biegu jałowym.

Mocno naciskając pedał gazu, należy zwiększyć obroty silnika do 3000 obr/min – czas trwania impulsów sterujących w chwili przyspieszania powinien wyraźnie się wydłużyć, a następnie ustabilizować się na poziomie równym lub nieznacznie niższym od obrotów 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 podanym na załączonej ilustracji odniesienie.

Typowy oscylogram sygnału generowanego przez czujnik indukcyjny



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, ale po włączeniu odbiorników występuje naruszenie stabilności prędkości biegu jałowego, należy sprawdzić stan obwodu zaworu elektromagnetycznego, a także poprawność sygnału sterującego wydanego 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.

Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozwól mu pracować na biegu jałowym.

W celu zwiększenia obciążenia silnika włącz reflektory, klimatyzacja powietrza, albo, - w modelach ze wzmacniaczem hydraulicznym kierownicy, - obrócić koło kierownicy. Obroty biegu jałowego muszą w krótkim czasie spaść, jednak zaraz znów się stabilizować z powodu zadziałania zaworu IAC.

Porównaj zarejestrowany oscylogram z tym pokazanym na załączonej ilustracji standardu.

Oscylogram sygnału sterującego układu regulacji prędkości biegu jałowego (IAC)

Sonda lambda (czujnik tlenu)

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 sondy tytanowe, których zakres sygnału roboczego wynosi 0÷5 V, przy spalaniu mieszanki ubogiej występuje wysokie napięcie, a przy spalaniu mieszanki wzbogaconej – niskie.

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 tym pokazanym na rysunku na załączonej ilustracji zależność referencyjna.

Oscylogram sygnału emitowanego przez typową sondę lambda



Jeżeli odczytywany sygnał nie ma charakteru falowego, lecz jest zależnością liniową, to w zależności od poziomu napięcia wskazuje to na nadmierne zubożenie (0÷0,15 V) lub nadmierne wzbogacenie (0,6÷1 V) mieszanki paliwowo-powietrznej. mieszanina.

Jeżeli na biegu jałowym silnika występuje normalny sygnał falowy, należy spróbować kilkukrotnie mocno nacisnąć pedał gazu - wahania sygnału nie powinny wykraczać poza zakres 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 dostarczonym oscylogramem odniesienia.

Jeżeli obraz nie jest wystarczająco wyraźny, lekko stuknij w blok cylindrów w miejscu, w którym znajduje się czujnik spalania stukowego.

Jeżeli nie jest możliwe uzyskanie jednoznacznego kształtu sygnału, należy wymienić czujnik KS lub sprawdzić stan jego okablowania.

Sygnał zapłonu na wyjściu wzmacniacza

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 podanym na załączonej ilustracji oscylogramu odniesienia, zwracając szczególną uwagę na zgodność takich parametrów jak amplituda, częstotliwość i kształt impulsu.

Oscylogram sygnału sterującego wzmacniacza zapłonowego



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 dostarczonym oscylogramem odniesienia – dodatnie przepięcia 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.