Применение осциллографа для наблюдения сигналов в цепях систем управления

Цифровыемультиметры отлично подходят для проверки находящихся в статическом состоянииэлектрических цепей, а также для фиксации медленных изменений отслеживаемыхпараметров. При проведении же динамических проверок, выполняемых на работающемдвигателе, а также при выявлении причин периодических сбоев совершенно незаменимыминструментом становится осциллограф.

Некоторыеосциллографы позволяют сохранять осциллограммы во встроенном модуле памяти споследующим выводом результатов на печать или копированием их на цифровойноситель уже в стационарных условиях.

Осциллограф позволяетнаблюдать периодические сигналы и измерять характеристики прямоугольныхимпульсов, а также уровни медленно меняющихся напряжений. Осциллограф можетбыть использован для:

Выявления сбоев нестабильного характера;
Проверки результатов произведённых исправлений;
Мониторинга активности лямбда-зонда;
Анализа вырабатываемых лямбда-зондом сигналов, отклонение параметров которых от нормы является безусловным свидетельством нарушения исправности функционирования системы управления в целом, - с другой стороны, правильность формы выдаваемых лямбда-зондом импульсов может служить надёжной гарантией отсутствия нарушений в системе управления.

Надёжность ипростота эксплуатации современных осциллографов не требуют от оператора особыхспециальных знаний и опыта. Интерпретация полученной информации может бытьлегко произведена путём элементарного визуального сравнения снятых в ходепроверки осциллограмм с приведёнными ниже временными зависимостями, типичнымидля различных датчиков и исполнительных устройств автомобильных системуправления.

Параметры периодических сигналов

Каждый снимаемыйпри помощи осциллографа сигнал может быть описан при помощи следующих основныхпараметров (см. иллюстрацию Характеристики произвольного сигнала):

амплитуда – разность максимального и минимального напряжений (В) сигнала в пределах периода;
период – длительность цикла сигнала (мс);
частота – количество циклов в секунду (Гц);
ширина – длительность прямоугольного импульса (мс, мкс);
скважность – отношение периода повторения к ширине (В зарубежной терминологии применяется обратный скважности параметр называемый рабочим циклом, выраженный в %);
форма сигнала – последовательность прямоугольных импульсов, единичные выбросы, синусоида, пилообразные импульсы, и т.п.

Характеристики произвольного сигнала

Применение осциллографа для наблюдения сигналов в цепях систем управления Saab 95

Обычнохарактеристики неисправного устройства сильно отличаются от эталонных, чтопозволяет оператору легко и быстро визуально выявить отказавший компонент.

Сигналыпостоянного тока - анализируется только напряжение сигнала(см. иллюстрации Сигнал датчика ECT, Датчик TPS, Лямбда-зонд и Датчик MAF).

Сигнал датчика ECT

Датчик TPS

Лямбда-зонд

Датчик MAF

Сигналыпеременного тока - анализируются амплитуда, частота и форма сигнала.

Датчик детонации

Частотно-модулированныесигналы - анализируются амплитуда, частота, форма сигнала и ширинапериодических импульсов (см. иллюстрации Индуктивный датчик CKP, Индуктивный датчик CMP, Индуктивный датчик VSS, Датчики оборотов и положения валов, работающие на эффекте Холла, Оптические датчики оборотов и положения валов и Цифровые датчики MAF и MAP).

Индуктивный датчик CKP

Индуктивный датчик CMP

Индуктивный датчик VSS

Датчики оборотов и положения валов, работающие на эффекте Холла

Оптические датчики оборотов и положения валов

Цифровые датчики MAF и MAP

Сигналы,модулированные по ширине импульса (ШИМ) - анализируются амплитуда, частота,форма сигнала и скважность периодических импульсов (см. иллюстрации Инжектор топлива, Устройство стабилизации оборотов Х/Х (IAC), Первичная обмотка катушки зажигания, Э/м клапан продувки адсорбера системы EVAP, Клапаны системы EVAP.

Инжектор топлива

Устройство стабилизации оборотов Х/Х (IAC)

Первичная обмотка катушки зажигания

Э/м клапан продувки адсорбера системы EVAP

Клапаны системы EVAP

Форма выдаваемогоосциллографом сигнала зависит от множества различных факторов и может взначительной мере изменяться.

Ввиду сказанного,прежде чем приступать к замене подозреваемого компонента в случае несовпаденияформы снятого диагностического сигнала с эталонной осциллограммой, следуеттщательно проанализировать полученный результат (см иллюстрации Цифровой сигнал и Аналоговый сигнал).

Цифровой сигнал

Аналоговый сигнал

Напряжение

Нулевой уровеньэталонного сигнала нельзя рассматривать в качестве абсолютного опорногозначения, - “ноль” реального сигнала в зависимости от конкретных параметровпроверяемой цепи может оказаться сдвинутым относительно эталонного (см. диапазон 1 на иллюстрации Цифровой сигнал) в пределах определённогодопустимого диапазона (см. диапазон 1 на иллюстрации Аналоговый сигнал).

Полная амплитудасигнала зависит от напряжения питания проверяемого контура и также можетварьироваться относительно эталонного значения в определённых пределах (см. диапазон 2 на иллюстрации Цифровой сигнал и 2 на иллюстрации Аналоговый сигнал).

В цепях постоянноготока уровень сигнала ограничивается напряжением питания. В качестве примераможно привести цепь системы стабилизации оборотов холостого хода (IAC), сигнальноенапряжение которой никак не изменяется с изменением оборотов двигателя.

В цепях переменноготока амплитуда сигнала уже однозначно зависит от частоты работы источникасигнала. Так, амплитуда сигнала, выдаваемого датчиком положения коленчатого вала(CKP) будет увеличиваться с повышением оборотов двигателя.

В виду сказанного,если амплитуда снимаемого при помощи осциллографа сигнала оказывается чрезмернонизкой или высокой (вплоть до обрезания верхних уровней), достаточно лишьпереключить рабочий диапазон прибора, перейдя на соответствующую шкалуизмерения.

При проверке цепейс э/м управлением (например, система управления оборотами холостого хода) приотключении питания могут наблюдаться броски напряжения (см. 4 на иллюстрации Цифровой сигнал), которые можно спокойно игнорировать при анализерезультатов измерения.

Не следуетбеспокоиться также при появлении таких деформаций осциллограммы, как скашиваниенижней части переднего фронта прямоугольных импульсов (см. значения 5 на иллюстрации Цифровой сигнал), если, конечно, сам факт выполаживания фронта неявляется признаком нарушения исправности функционирования проверяемогокомпонента.

Частота

Частота повторениясигнальных импульсов зависит от рабочей частоты источника сигналов.

Форма снимаемогосигнала может быть отредактирована и приведена к удобному для анализа видупутём переключения на осциллографе масштаба временной развёртки изображения.

При наблюдениисигналов в цепях переменного тока временная развёртка осциллографа зависит отчастоты источника сигнала (на иллюстрации Аналоговый сигнал),определяемой оборотами двигателя.

Как уже говорилосьвыше, для приведения сигнала к удобочитаемому виду достаточно переключитьмасштаб временной развёртки осциллографа.

В некоторых случаяххарактерные изменения сигнала оказываются развёрнутыми зеркально относительноэталонных зависимостей, что объясняется реверсивностью полярности подключениясоответствующего элемента и, при отсутствии запрета на изменение полярностиподключения, может быть проигнорировано при анализе.

Типичные сигналы компонентов систем управления двигателем

Современныеосциллографы обычно оборудованы двумя сигнальными проводами в купе с наборомразнообразных щупов, позволяющих осуществить подключение прибора практически клюбому устройству.

Красный проводподключен к положительному полюсу осциллографа и обычно подсоединяется к клеммеECM. Чёрный провод следует подсоединять к надёжно заземлённой точке (массе).

Инжекторы

Управление составомвоздушно-топливной смеси в современных автомобильных электронных системахвпрыска топлива осуществляется путём своевременной корректировки длительностиоткрывания электромагнитных клапанов инжекторов.

Длительностьпребывания инжекторов в открытом состоянии определяется продолжительностьювырабатываемых ECM электрических импульсов, подаваемых на вход э/м клапанов.Продолжительность импульсов обычно не выходит за пределы диапазона 1 - 14 мс.

Типичнаяосциллограмма импульса, управляющего срабатыванием инжектора, представлена наиллюстрации Инжектор топлива. Часто на осциллограмме можно наблюдать также сериюкоротких пульсаций, следующих непосредственно за инициирующим отрицательнымпрямоугольным импульсом и поддерживающих э/м клапан инжектора в открытомсостоянии, а также резкий положительный бросок напряжения, сопровождающиймомент закрывания клапана.

Исправностьфункционирования ECM может быть легко проверена при помощи осциллографа путёмвизуального наблюдения изменений формы управляющего сигнала при варьированиирабочих параметров двигателя. Так, длительность импульсов при проворачиваниидвигателя на холостых оборотах должна быть несколько выше, чем при работеагрегата на низких оборотах. Повышение оборотов двигателя должно сопровождатьсясоответственным увеличением времени пребывания инжекторов в открытом состоянии.Данная зависимость особенно хорошо проявляется при открывании дроссельнойзаслонки короткими нажатиями на педаль газа.

При помощи тонкогощупа подсоедините красный провод осциллографа к инжекторной клемме ECM. Щупвторого сигнального провода (чёрного) осциллографа надёжно заземлите.

Проанализируйтеформу считываемого во время проворачивания двигателя сигнала.

Запустив двигатель,проверьте форму управляющего сигнала на холостых оборотах.

Резко нажав напедаль газа, поднимите частоту вращения двигателя до 3000 об/мин, -продолжительность управляющих импульсов в момент акселерации должна заметноувеличиться, с последующей стабилизацией на уровне, равном, или чуть меньшемсвойственному оборотам холостого хода.

Быстрое закрываниедроссельной заслонки должно приводить к спрямлению осциллограммы,подтверждающему факт перекрывания инжекторов (для систем с отсечкой подачитоплива).

При холодномзапуске двигатель нуждается в некотором обогащении воздушно-топливной смеси,что обеспечивается автоматическим увеличением продолжительности открыванияинжекторов. По мере прогрева длительность управляющих импульсов наосциллограмме должна непрерывно сокращаться, постепенно приближаясь к типичномудля холостых оборотов значению.

В системах впрыска,в которых не применяется инжектор холодного запуска, при холодном запускедвигателя используются дополнительные управляющие импульсы, проявляющиеся наосциллограмме в виде пульсаций переменной длины.

В приведённой нижетаблице представлена типичная зависимость длительности управляющих импульсовоткрывания инжекторов от рабочего состояния двигателя.

Индуктивные датчики

Запустите двигательи сравните осциллограмму, снимаемую с выхода индуктивного датчика с эталонной,приведённой на иллюстрации.

Сигнал индуктивного датчика

Увеличение оборотовдвигателя должно сопровождаться увеличением амплитуды вырабатываемого датчикомимпульсного сигнала.

Состояние двигателя	Длительность управляющего импульса, мс
Холостые обороты	1 ÷ 6
2000 ÷ 3000 об/мин	1 ÷ 6
Полный газ	6 ÷ 35

Лямбда-зонд (кислородный датчик)

В данном подразделе приводятся осциллограммы, типичные для наиболее часто используемых на автомобилях лямбда-зондов циркониевого типа, в которых не используется опорное напряжение 0.5 В. В последнее время все большую популярность приобретают титановые датчики, рабочий диапазон сигнала которых составляет 0 - 5 В, причем высокий уровень напряжения выдаётся при сгорании обеднённой смеси, низкий, - обогащённой.

Подсоединитеосциллограф между клеммой лямбда-зонда на ECM и массой.

Удостоверьтесь, чтодвигатель прогрет до нормальной рабочей температуры.

Сравните выведеннуюна экран измерителя осциллограмму с эталонной, приведённой на иллюстрации Лямбда-зонд.

Если снимаемыйсигнал не является волнообразным, а представляет собой линейную зависимость,то, в зависимости от уровня напряжения, это свидетельствует о чрезмерномпереобеднении (0 - 0.15 В), либо переобогащении (0.6 - 1 В)воздушно-топливной смеси.

Если на холостыхоборотах двигателя имеет место нормальный волнообразный сигнал, попробуйтенесколько раз резко выжать педель газа, - колебания сигнала не должны выходитьза пределы диапазона 0 - 1 В.

Увеличение оборотовдвигателя должно сопровождаться повышением амплитуды сигнала, уменьшение -снижением.

Сигнал зажигания на выходе модуля зажигания

Подсоединитеосциллограф между клеммой модуля зажигания на ECM и массой.

Прогрейте двигательдо нормальной рабочей температуры и оставьте его работающим на холостыхоборотах.

На экраносциллографа должна выдаваться последовательность прямоугольных импульсовпостоянного тока. Сравните форму принимаемого сигнала с эталонной, уделяя пристальное внимание совпадению такихпараметров, как амплитуда, частота и форма импульсов.

Управляющий сигнал модуля зажигания

При увеличенииоборотов двигателя частота сигнала должна увеличиваться прямо пропорционально.

Первичная обмотка катушки зажигания

Подсоединитеосциллограф между клеммой катушки зажигания и массой.

Прогрейте двигательдо нормальной рабочей температуры и оставьте его работающим на холостыхоборотах.

Сравните формупринимаемого сигнала с эталонной, приведённой на иллюстрации Первичная обмотка катушки зажигания,- положительные броски напряжения должны иметь постоянную амплитуду.

Неравномерностьбросков может быть вызвана чрезмерным сопротивлением вторичной обмотки, а такженеисправностью В/В провода катушки.