Informacje ogólne
Multimetry cyfrowe doskonale nadają się do testowania obwodów elektrycznych, które są w stanie statycznym, a także do rejestrowania powolnych zmian monitorowanych parametrów. Podczas przeprowadzania kontroli dynamicznych na pracującym silniku, a także identyfikowania przyczyn sporadycznych awarii, oscyloskop staje się absolutnie niezbędnym narzędziem.
Niektóre oscyloskopy umożliwiają zapisywanie przebiegów we wbudowanym module pamięci z późniejszym wydrukiem wyników lub przeniesieniem ich na nośnik komputera osobistego już w warunkach stacjonarnych.
Oscyloskop umożliwia obserwację sygnałów okresowych oraz pomiar napięcia, częstotliwości, szerokości (czas trwania) impulsów prostokątnych, a także poziomy wolnozmiennych napięć. Oscyloskop może być używany w następujących procedurach:
- Wykrywanie niestabilnych awarii;
- Sprawdzanie efektów dokonanych korekt;
- Monitorowanie działania sondy lambda układu sterowania silnikiem wyposażonej w katalizator;
- Analiza sygnałów generowanych przez sondę lambda, której odchylenie parametrów od normy jest bezwarunkowym dowodem nieprawidłowego funkcjonowania układu sterowania jako całości. Z drugiej strony poprawność kształtu impulsów emitowanych przez czujnik może stanowić niezawodną gwarancję braku naruszeń w układzie sterowania.
Niezawodność i łatwość obsługi nowoczesnych oscyloskopów nie wymaga od operatora specjalnej wiedzy i doświadczenia. Interpretację uzyskanych informacji można łatwo przeprowadzić poprzez elementarne wizualne porównanie oscylogramów wykonanych podczas testu z następującymi zależnościami czasowymi, typowymi dla różnych czujników i elementów wykonawczych samochodowych układów sterowania.
Parametry sygnałów okresowych
Każdy sygnał pobrany za pomocą oscyloskopu można opisać za pomocą następujących podstawowych parametrów (patrz załączona ilustracja):
- Amplituda: Różnica między napięciem maksymalnym i minimalnym (W) sygnał w okresie;
- Okres: Czas trwania cyklu sygnału (SM);
- Częstotliwość: liczba cykli na sekundę (Hz);
- Szerokość: szerokość fali prostokątnej (pani, pani);
- Cykl pracy: Stosunek okresu powtórzeń do szerokości (W terminologii zagranicznej stosuje się odwrotny cykl pracy, parametr zwany cyklem pracy, wyrażony w %);
- Kształt fali: fala prostokątna, seria, fala sinusoidalna, piłokształtny itp.
Zazwyczaj charakterystyka uszkodzonego urządzenia bardzo różni się od wzorcowej, co pozwala doświadczonemu operatorowi łatwo i szybko zidentyfikować uszkodzony element poprzez analizę odpowiedniego kształtu fali.
Sygnały prądu stałego
Jedyną cechą operacyjną takich sygnałów jest napięcie.
Sygnały DC są generowane przez urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach:
Czujnik temperatury płynu chłodzącego silnik (ECT)
Czujnik temperatury powietrza dolotowego (IAT)
Czujnik położenia przepustnicy (TPS)
Podgrzewana sonda lambda
Przepływomierz objętościowy powietrza (VAF)
Miernik masy powietrza (MAF)
Sygnały AC
Główne cechy tych sygnałów to amplituda, częstotliwość i kształt fali (patrz ilustracje poniżej).
Czujnik stukowy (KS)
Indukcyjny czujnik prędkości silnika
Sygnały modulowane częstotliwościowo (Mistrzostwa Świata)
Charakterystyki operacyjne sygnałów z modulacją częstotliwości to amplituda, częstotliwość, kształt fali i okresowa szerokość impulsu.
Źródłami sygnałów FM są urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach:
Indukcyjny czujnik położenia wału korbowego (CKP)
Indukcyjny czujnik położenia wałka rozrządu (CMP)
Indukcyjny czujnik prędkości pojazdu (VSS)
Czujniki prędkości i położenia wału z efektem Halla
Optyczne czujniki prędkości i położenia wału
Cyfrowe czujniki do termometrycznego pomiaru masy powietrza (MAF) i ciśnienie bezwzględne w rurociągu wlotowym (MAP)
Sygnały modulowane szerokością impulsu (PWM)
Charakterystyki operacyjne sygnałów modulacji szerokości impulsu (PWM) to amplituda, częstotliwość, kształt fali i cykl pracy impulsów okresowych.
Źródłami sygnałów PWM są urządzenia pokazane na poniższych ilustracjach:
Wtryskiwacze paliwa
Urządzenia do stabilizacji biegu jałowego (IAC)
Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej
Zawór elektromagnetyczny oczyszczania pochłaniacza węgla (EVAP)
Zawory recyrkulacji spalin (EGR)
Zakodowany pociąg fali prostokątnej
Charakterystyka wydajności to amplituda, częstotliwość i kształt poszczególnych sekwencji impulsów.
Sygnały te są generowane przez samodiagnostyczny moduł pamięci ECM systemu zarządzania silnikiem.
Analizując szerokość i kształt impulsów, a także zliczając ich liczbę w każdej z grup, można odczytać zapisane w pamięci kody usterek (kod 1223 - patrz załączona ilustracja).
Amplituda i kształt przebiegu pozostają stałe, zarejestrowana wartość będzie wydawana aż do wyczyszczenia pamięci modułu.
Interpretacja przebiegów
Kształt sygnału wytwarzanego przez oscyloskop zależy od wielu różnych czynników i może się znacznie różnić. W związku z powyższym przed przystąpieniem do wymiany podejrzanego podzespołu w przypadku, gdy kształt wychwyconego sygnału diagnostycznego nie odpowiada przebiegowi wzorcowemu należy dokładnie przeanalizować wynik (patrz ilustracje poniżej).
Sygnał cyfrowy
Sygnał analogowy
Napięcie
Poziom zerowy sygnału odniesienia nie może być uważany za bezwzględną wartość odniesienia, – «zero» sygnał rzeczywisty, w zależności od specyficznych parametrów badanego obwodu, może być przesunięty względem odniesienia ([1] — patrz ilustracja Sygnał cyfrowy) w pewnym dopuszczalnym zakresie.
Pełna amplituda sygnału zależy od napięcia zasilania badanego obwodu i może również zmieniać się w pewnych granicach względem 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 obwód stabilizacji prędkości biegu jałowego (IAC), którego napięcie sygnału nie zmienia się w żaden sposób wraz ze zmianą prędkości obrotowej silnika.
W obwodach prądu przemiennego amplituda sygnału zależy już jednoznacznie od częstotliwości źródła sygnału, więc amplituda sygnału generowanego przez czujnik położenia wału korbowego (CKP) wzrośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.
W związku z powyższym, jeżeli amplituda sygnału zmierzonego oscyloskopem jest zbyt mała lub zbyt (aż do odcięcia górnych poziomów), wystarczy przełączyć zakres pracy urządzenia poprzez przełączenie na odpowiednią skalę pomiarową.
Podczas sprawdzania wyposażenia obwodów ze sterowaniem elektromagnetycznym (np. system IAC) po wyłączeniu zasilania mogą wystąpić skoki napięcia ([4] — patrz ilustracja Sygnał cyfrowy), które można bezpiecznie pominąć podczas analizy wyników pomiarów.
Nie martw się również o zniekształcenia kształtu fali, takie jak pochylenie dolnej krawędzi natarcia fali prostokątnej ([5] — patrz ilustracja Sygnał cyfrowy), o ile oczywiście sam fakt spłaszczenia frontu nie jest oznaką wadliwego działania badanego elementu.
Częstotliwość
Częstotliwość powtarzania impulsów sygnałowych zależy od częstotliwości pracy źródła sygnału.
Kształt zarejestrowanego sygnału można edytować i doprowadzić do postaci dogodnej do analizy, przełączając 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), określane przez prędkość obrotową silnika.
Jak wspomniano powyżej, aby doprowadzić sygnał do czytelnej postaci, wystarczy przełączyć skalę podstawy czasu oscyloskopu.
W niektórych przypadkach oscylogram sygnału okazuje się być odzwierciedleniem zależności odniesienia, co tłumaczy się odwracalnością polaryzacji połączenia odpowiedniego elementu oraz przy braku zakazu zmiany biegunowości połączenia, można pominąć w analizie.
Typowe sygnały elementów sterujących silnika
Nowoczesne oscyloskopy są zwykle wyposażone tylko w dwa przewody sygnałowe, połączone z różnymi sondami, które umożliwiają podłączenie instrumentu do prawie każdego urządzenia.
Czerwony przewód jest podłączony do bieguna dodatniego oscyloskopu i zwykle jest podłączony do zacisku elektronicznego modułu sterującego (ECM). Czarny przewód musi być podłączony do odpowiednio uziemionego punktu (masa).
Wtryskiwacze
Kontrola składu mieszanki paliwowo-powietrznej w nowoczesnych samochodowych elektronicznych układach wtrysku paliwa odbywa się poprzez terminową regulację czasu otwarcia zaworów elektromagnetycznych wtryskiwaczy.
Czas przebywania wtryskiwaczy w stanie otwartym jest określony przez czas trwania impulsów elektrycznych generowanych przez moduł sterujący i doprowadzanych do wejść elektrozaworów. Czas trwania impulsów mierzony jest w milisekundach i zwykle nie wykracza poza zakres 1 - 14 ms. Typowy oscylogram impulsu sterującego pracą wtryskiwacza przedstawiono na załączonym rysunku.
Często na oscylogramie można zaobserwować serię krótkich pulsacji, następujących bezpośrednio po inicjującym ujemnym impulsie prostokątnym i utrzymującym elektrozawór wtryskiwacza w stanie otwartym, a także ostry dodatni skok napięcia towarzyszący momentowi zamknięcia zaworu.
Poprawność działania ECM można łatwo sprawdzić za pomocą oscyloskopu, obserwując wizualnie zmianę kształtu sygnału sterującego przy zmieniających się parametrach pracy silnika. Tak więc czas trwania impulsów podczas obracania silnika na biegu jałowym powinien być nieco dłuższy niż wtedy, gdy urządzenie pracuje na niskich obrotach. Zwiększeniu prędkości obrotowej silnika powinno towarzyszyć odpowiednie wydłużenie czasu otwarcia wtryskiwaczy. Ta zależność jest szczególnie dobrze widoczna podczas otwierania przepustnicy krótkimi naciśnięciami pedału gazu.
1. Za pomocą cienkiej sondy z zestawu dostarczonego z oscyloskopem podłącz czerwony przewód urządzenia do końcówki wtryskiwacza modułu ECM systemu zarządzania silnikiem. Druga sonda przewodu sygnałowego (czarny) dobrze uziemić oscyloskop.
2. Przeanalizuj kształt sygnału odczytywanego podczas kręcenia rozrusznikiem.
3. Po uruchomieniu silnika sprawdzić kształt sygnału sterującego na biegu jałowym.
4. Mocno wciskając pedał gazu zwiększyć obroty silnika do 3000 obr/min, czas trwania impulsów sterujących w momencie przyspieszania powinien wyraźnie wzrosnąć, po czym następuje stabilizacja na poziomie równym lub nieco niższym od obrotów biegu jałowego.
Gwałtowne zamknięcie przepustnicy powinno doprowadzić do wyprostowania się oscylogramu, potwierdzającego fakt nakładania się wtryskiwaczy (dla układów z odcięciem paliwa).
Podczas zimnego rozruchu silnik wymaga pewnego wzbogacenia mieszanki paliwowo-powietrznej, co zapewnia automatyczne wydłużenie czasu otwarcia wtryskiwaczy. W miarę nagrzewania się czasu trwania impulsów sterujących na oscylogramie powinien on stale maleć, stopniowo zbliżając się do wartości typowej dla obrotów biegu jałowego.
W układach wtryskowych, które nie wykorzystują wtryskiwacza zimnego rozruchu, podczas zimnego rozruchu silnika stosowane są dodatkowe impulsy sterujące, które pojawiają się na oscylogramie jako pulsacje 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 |
| bezczynny | 1.5 – 5 |
| 2000 - 3000 obr./min | 1.1 – 3.5 |
| Pełna przepustnica | 8.2 – 3.5 |
Czujniki indukcyjne
Uruchom silnik i porównaj przebieg pobrany z wyjścia czujnika indukcyjnego z odniesieniem pokazanym na załączonej ilustracji.
Wzrostowi obrotów silnika powinien towarzyszyć wzrost amplitudy sygnału impulsowego generowanego przez czujnik.
Zawór elektromagnetyczny biegu jałowego (IAC)
Istnieje wiele różnych typów elektrozaworów IAC stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym, wytwarzających również sygnały o różnych kształtach.
Wspólną cechą wszystkich zaworów jest fakt, że współczynnik wypełnienia sygnału powinien zmniejszać się wraz ze wzrostem obciążenia silnika związanym z włączeniem dodatkowych odbiorników energii, powodując spadek obrotów biegu jałowego.
Jeśli cykl pracy przebiegu zmienia się wraz ze wzrostem obciążenia, ale gdy odbiorniki są włączone, następuje naruszenie stabilności prędkości biegu jałowego, sprawdź stan obwodu elektrozaworu, a także poprawność sygnału sterującego wydany przez ECM.
Zwykle obwody sterowania prędkością biegu jałowego wykorzystują 4-biegunowy silnik krokowy, który opisano poniżej. 2-pinowe i 3-pinowe zawory IAC są testowane w podobny sposób, ale przebiegi napięć sygnałowych, które wytwarzają, są zupełnie inne.
Silnik krokowy, w odpowiedzi na impulsowy sygnał sterujący z ECM, dostosowuje stopniowo prędkość obrotową biegu jałowego silnika w zależności od roboczej temperatury płynu chłodzącego i aktualnego obciążenia silnika.
Poziomy sygnałów sterujących można sprawdzić za pomocą oscyloskopu, którego sonda pomiarowa jest podłączona kolejno do każdego z czterech zacisków silnika krokowego.
1. Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozostaw go pracującego na biegu jałowym.
2. Aby zwiększyć obciążenie silnika, włącz reflektory, klimatyzację lub, w modelach ze wspomaganiem kierownicy, obróć kierownicę. Prędkość obrotowa biegu jałowego powinna na krótki czas spaść, ale potem natychmiast ponownie się ustabilizować z powodu działania zaworu IAC.
3. Porównaj przechwycony oscylogram z wzorcowym pokazanym na załączonej ilustracji.
Sonda lambda (czujnik tlenu)
Notatka. Rozdział zawiera oscylogramy typowe dla najczęściej stosowanych w samochodach sond lambda typu cyrkonowego, które nie wykorzystują napięcia odniesienia 0,5 V. W ostatnim czasie coraz większą popularnością cieszą się czujniki tytanowe, których zakres sygnału roboczego wynosi 0–5 V, a wysokie napięcie powstaje podczas spalania mieszanki ubogiej, nisko wzbogaconej.
1. Podłącz oscyloskop między końcówką sondy lambda na ECM a masą.
2. Upewnij się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej.
3. Porównać oscylogram wyświetlany na ekranie miernika z zależnością odniesienia pokazaną na załączonym rysunku.
Jeśli zarejestrowany sygnał nie jest falowy, ale ma zależność liniową, to w zależności od poziomu napięcia wskazuje to na nadmierne wyczerpanie (0–0,15 V), lub ponowne wzbogacenie (0,6–1 V) mieszanka paliwowo-powietrzna.
Jeśli na biegu jałowym występuje normalny falujący sygnał, spróbuj kilka razy mocno wcisnąć pedał gazu, wahania sygnału nie powinny wychodzić poza zakres 0-1 V.
Wzrostowi prędkości obrotowej silnika powinien towarzyszyć wzrost amplitudy sygnału, spadek - spadek.
Czujnik stukowy (KS)
1. Podłącz oscyloskop między zaciskiem czujnika spalania stukowego ECM a masą.
2. Upewnij się, że silnik jest rozgrzany do normalnej temperatury roboczej.
3. Powoli wciśnij pedał przyspieszenia i porównaj przebieg przechwytywanego przebiegu prądu przemiennego z przebiegiem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji.
4. Jeśli obraz nie jest wystarczająco wyraźny, lekko postukaj w blok cylindrów w miejscu, w którym znajduje się czujnik spalania stukowego.
5. Jeżeli przebieg nie jest jednoznaczny, wymienić czujnik KS lub sprawdzić stan okablowania jego obwodu.
Sygnał zapłonu na wyjściu wzmacniacza zapłonu
1. Podłącz oscyloskop między zaciskiem wzmacniacza zapłonu ECM a masą.
2. Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozostaw go pracującego na biegu jałowym.
3. Na ekranie oscyloskopu powinna zostać wyświetlona sekwencja prostokątnych impulsów prądu stałego. Porównaj przebieg odebranego sygnału z przebiegiem odniesienia pokazanym na załączonej ilustracji, zwracając szczególną uwagę na dopasowanie parametrów, takich jak amplituda, częstotliwość i kształt impulsu.
Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika częstotliwość sygnału powinna wzrastać wprost proporcjonalnie.
Uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej
1. Podłącz oscyloskop między zaciskiem cewki zapłonowej ECM a masą.
2. Rozgrzej silnik do normalnej temperatury roboczej i pozostaw go pracującego na biegu jałowym.
3. Porównać przebieg odebranego sygnału z przebiegiem wzorcowym pokazanym na załączonej ilustracji, dodatnie skoki napięcia powinny mieć stałą amplitudę.
Nierówne rzuty mogą być spowodowane nadmierną rezystancją uzwojenia wtórnego, a także nieprawidłowym stanem przewodu BB cewki lub przewodu świecy zapłonowej.