Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Диагностирование неисправностей осциллографом

Общие сведения о диагностировании осциллографом

Осциллограф может применяться для диагностики двигателя, датчиков электронной системы управления, генератора, стартера, аккумулятора и других систем и устройств автомобиля. При комплексной автомобильной диагностике осциллограф дополняет проверку сканером, но в некоторых случаях может дать более подробную информацию о неисправностях в электрических и электронных системах.

При использовании осциллографа необходимо знать места подключения его щупов к диагностируемому элементу, а также форму осциллограммы для номинального режима работы этого элемента. Впрочем, методика использования осциллографа, как правило, подробно описана в инструкциях, прилагаемых к прибору.

Диагностирование датчиков осциллографом

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ)

Этот датчик служит для синхронизации времени подачи искры и срабатывания форсунок по такту сжатия в цилиндрах. В общем случае датчик сообщает блоку управления (ЭБУ) о положении поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке при такте сжатия. Для различных марок автомобилей ДПКВ может располагаться рядом с задающим диском у шкива коленчатого вала или маховика.

Сигнал датчика положения коленчатого вала в номинальном рабочем режиме имеет синусоидальную форму с разрывом. Форма сигнала имеет равномерную одинаковую амплитуду. Если на осциллограмме присутствуют отклонения, значит, задающий диск имеет не равномерность вращения или люфт, т. е. плохо закреплен или поврежден.

Методика диагностирования ДПКВ осциллографом заключается в следующих действиях:

• измерительный щуп подключается к сигнальному проводу осциллографа;
• диапазон измерения напряжения устанавливается до 300…500 В;
• после нажатия кнопки или клавиши «Пуск» снимаем сигнал с датчика на дисплее. Форма сигнала должна соответствовать примеру, приведенному на рисунке 1.

Датчик положения распределительного вала (ДПРВ)

Датчик положения распределительного вала (или датчик фаз) служит для синхронизации времени впрыска топлива форсунками с временем открытия впускных клапанов. Осциллограмма сигнала с этого датчика имеет прямоугольную форму с амплитудой 12,3…12,7 В.
Больше информации о работе датчиков можно получить, если снимать одновременно сигналы ДПКВ и ДПРВ для определения фазы впрыска и смещения распределительных валов относительно друг друга.

На рисунке 2 показан номинальный сигнал датчиков положения коленчатого и распределительного вала.
На графике нижний фронт сигнала ДПРВ совпадает с разрывом зубьев на задающем диске, что говорит о правильной фазе впрыска.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ)

Датчик массового расхода воздуха сообщает электронному блоку (ЭБУ) о количестве воздуха, поступившего в цилиндры двигателя для определения оптимального количества топлива, впрыскиваемого форсунками, т. е. времени открытого состояния форсунки при впрыске.
Основной параметр для диагностики датчика — это его нулевое напряжение, которое у исправного датчика при включенном зажигании должно быть равным 0,996 В. При углубленной диагностике ДМРВ, необходимо измерить время релаксации — период, в течение которого датчик выходит в нулевое положение.

На рисунке 3 показана осциллограмма исправного датчика массового расхода воздуха. Нулевое напряжение на датчике в этом случае равно 0,996 В, а скорость выхода на рабочий диапазон 0,5 мс.

На рисунке 4 представлена осциллограмма неисправного ДМРВ. Время перехода 20 мс, а напряжение при нулевом объеме воздуха — 1,130 В. Автомобиль с таким датчиком будет расходовать много топлива, и терять мощность.

Немаловажно проверить пик выхода датчика на максимальный уровень напряжения. Для этого нужно снять сигнал с ДМРВ на работающем двигателе при резко нажатой педали газа.
Чем ближе значение сигнала к 5 В, тем датчик имеет большую отдачу и двигатель будет эластичнее в работе (рис. 5).

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)

Датчик положения дроссельной заслонки легче всего проверить сканером. Но при плавающей неисправности, когда автомобиль движется рывками, лучше проверить сигнал датчика осциллографом.
Для этого сигнальный провод щупа подключают к выходу ДПДЗ и снимают сигнал, открывая дроссель, т. е. нажимая на педаль акселератора.
График осциллограммы должен иметь форму плавной кривой, на которой не должно быть резких перепадов, ступенек, скачков и т. п.
На рисунке 6 приведены осциллограммы сигналов с исправного и неисправного датчика положения дроссельной заслонки.

Проверка массы двигателя осциллографом

Осциллографом можно проверить качество соединения аккумуляторной батареи с потребителями. Так, плохую «массу» двигателя можно проверить, подсоединив отрицательный щуп с минусовой клеммой АКБ, а сигнальный — с двигателем или кузовом. Значительные помехи в графике сигнала свидетельствуют о плохой «массе».
На рисунке 7 приведен пример осциллограммы хорошего контакта клеммы АКБ с массой автомобиля.

Диагностика катушек зажигания с помощью осциллографа

Проверка системы зажигания возможна только по анализу сигнала вторичной или первичной цепи. Самодиагностика двигателя автомобиля способна только косвенно определить дефекты в высоковольтной части, в частности — может выдать ошибку по пропускам зажигания.
Коды неисправностей пропусков дают общую картину работы цилиндра. Они могут возникнуть как от неисправной катушки, свечи, высоковольтного провода, форсунки, низкой компрессии, подсоса воздуха. Для точного определения неисправной катушки зажигания требуется проверка осциллографом.

На рисунке 8 приведен пример характерного высоковольтного сигнала в системе зажигания при правильной работе всех элементов. По отклонениям от номинального графика осциллограммы можно судить о работоспособности всей высоковольтной цепи системы зажигания.
Любой неисправный элемент цепи — катушка, высоковольтный провод, свеча изменят характер графика осциллограммы, как показано на рисунках 9. 12.

Диагностика осциллографом топливных форсунок

Форсунка бензинового двигателя состоит из запорного клапана, который управляется электромагнитом (электромагнитной катушкой). Перемещение этого клапана в процессе работы форсунки можно проверить осциллографом.

В момент открывания и закрывания запорной иглы форсунки на осциллограмме должны прослеживаться характерные «бугорки» и колебания напряжения, что видно на рисунке 13.
Осциллограмма неисправно работающей форсунки приведена на рисунке 14.
На этом графике не прослеживаются какие-либо колебания напряжения в процессе движения запорной иглы (клапана), что свидетельствует о неисправности.

Диагностика форсунок с помощью осциллографа требуется при скрупулезном поиске неисправности в затруднительных случаях диагностирования.
В большинстве случаев достаточно сделать анализ эффективности работы цилиндров двигателя.
С помощью осциллографа можно оценить время нахождения форсунок в отрытом состоянии, а также некоторые другие параметры, которые важны при тщательном поиске неисправностей при неправильной работе системы питания.
Более подробный анализ работы форсунок приводится в инструкции по использованию осциллографа.

Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Диагностика автомобиля осциллографом

Что такое осциллограф?

Осциллограф — это диагностический прибор, который позволяет считывать амплитудные параметры электрического сигнала во времени. Особенностью этого прибора является возможность визуально анализировать отклонения амплитудных колебаний сигнала посредством дисплея. А уникальность этого диагностического прибора заключается в возможности настраивать частоту снятия параметров сигнала. То есть если цифровой или аналоговый сигнал какого-либо диагностического прибора (например, сканера) может «не заметить» отклонение параметра из-за низкой частоты считывания амплитудных колебаний, то осциллограф можно настроить таким образом, что даже малейшее отклонение характера сигнала от номинального будет отражено на экране монитора и будет доступно для визуального анализа.

Благодаря широкому интервалу развертки осциллограф дает возможность развернуть импульс даже для контроля наносекундных промежутков времени. Кроме того, некоторые осциллографы (многоканальные) способны одновременно снимать данные о сигналах с нескольких диагностируемых объектов (датчиков, систем и т. п.).

Увеличивая частоту снятия характеристик сигнала (частоту амплитудных колебаний), можно получить более подробную информацию о функционировании того или иного элемента электроники или электрооборудования автомобиля. При этом визуальный анализ осциллограммы интуитивно более понятен для специалиста, понимающего, как должна выглядеть осциллограмма в номинальном режиме работы диагностируемого элемента.

Во многих случаях осциллограф увеличивает скорость диагностики и достоверность полученного диагноза, поскольку осциллограмма зачастую более информативна, чем аналогичная информация, полученная с других диагностических приборов.

При работе с осциллографом от специалиста-диагноста требуется, в первую очередь, знать, как правильно подключить прибор, и как должен выглядеть график осциллограммы сигнала с исправно работающего прибора, системы или электрического устройства, т. е. элемента, подлежащего диагностированию.

Посредством осциллографа, с использованием различных диагностических программ и скриптов, можно выполнить анализ работы следующих систем и устройств:
— качество контакта «массы» автомобиля (двигателя) с аккумуляторной батареей;
— генераторной установки;
— всех видов электрических датчиков;
— системы зажигания (угла опережения зажигания, катушек, свечей и высоковольтных проводов);
— системы питания (форсунок, давления в рампе и топливного насоса);
— системы газораспределения (состояние клапанов и их работа);
— компрессии в цилиндрах двигателя на разных режимах работы.

Механическое состояние деталей цилиндропоршневой группы можно оценить, если в свечное отверстие цилиндра вставить датчик давления. В этом случае оценить состояние деталей ЦПГ можно достовернее, чем обычным пневмотестером.

В общем случае, при определенных навыках использования прибора, осциллограф позволяет диагностировать любую электрическую систему, прибор или устройство. Т. е. этим прибором можно проверять не только электронику систем, управляющих двигателем (ЭСУД), но и других электрических и электронных систем автомобиля – управление АКПП, ABS, ASR, ESP и т. п.

Принципиальное устройство осциллографа

По своей сути осциллограф – это визуальный вольтметр, который позволяет анализировать изменение напряжения в том или ином участке цепи во времени. При этом на осциллограмме по оси «Y» откладывается величина напряжения, а по оси «X» – время.
Для лучшего понимания действия прибора, разберем блок-схему типового осциллографа, так как все их основные виды имеют аналогичное устройство.

На приведенной схеме не изображен блок питания — низковольтный блок, подающий питание для работы узлов, и источник повышенного напряжения, применяющийся для генерирования высокого напряжения, приходящего на электронно-лучевую трубку. Также на схеме не показан калибратор для настройки и подготовки прибора к работе. Тестируемый сигнал поступает на канал вертикального отклонения «Y», далее на аттенюатор, выполненный в виде многопозиционного переключателя, настраивающего чувствительность осциллографа. Его шкала размечена в вольтах на сантиметр или в вольтах на одно деление. Это обозначает одно деление сетки координат на экране лучевой трубки. Там же изображены сами величины. Если амплитуда сигнала неизвестна, то устанавливается наименьшая чувствительность. В этом случае даже большой сигнал напряжением 300 В не повредит прибору.

Обычно в комплекте с осциллографом есть делители, в виде специальных насадок с разъемами. Они работают так же, как аттенюатор. Эти насадки компенсируют емкость кабеля при работе с малыми импульсами. С помощью делителя возможности прибора расширяются, можно исследовать сигналы в несколько сотен вольт. После делителя сигнал проходит на предварительный усилитель, раздваивается и приходит на переключатель синхронизации и линию задержки, которая служит для компенсации времени срабатывания генератора развертки. Оконечный усилитель создает напряжение, поступающее на «Y»-пластины, и отклоняет луч в вертикальной плоскости.

Генератор развертки создает пилообразное напряжение, поступающее на пластины «Х» и горизонтальный усилитель, при этом луч отклоняется в горизонтальной плоскости. Устройство синхронизации создает условия для работы генератора развертки в одно время с появлением сигнала. В итоге на дисплей осциллографа выводится изображение импульса.

Переключатель синхронизации работает в положениях синхронизации:

• от исследуемого сигнала;
• от сети;
• от внешнего источника.

Первое положение применяется чаще, так как оно более удобно.

Классификация осциллографов

Существует несколько видов осциллографов, имеющих разные характеристики, устройство и работу.

Аналоговые осциллографы

Такие осциллографы можно отнести к классическими моделями этого типа измерительных приборов. Любые аналоговые осциллографы имеют делитель, вертикальный усилитель, синхронизацию и отклонение, блок питания и лучевую трубку.
Такие трубки имеют больший диапазон частоты. Отклонение луча на экране прямо зависит от напряжения пластин. Горизонтальная развертка работает по линейной зависимости от напряжения горизонтальных пластин.
Нижний предел частоты равен 10 Герцам. Верхняя граница определяется емкостью пластин и усилителем. Сегодня аналоговые устройства вытесняются цифровыми приборами со своими достоинствами. Но аналоговые приборы пока не исчезают ввиду их малой стоимости.

Цифровые запоминающие осциллографы

Цифровые приборы, по сравнению с аналоговыми, имеют больше функциональных возможностей. Немаловажно и то, что стоимость их постепенно снижается. Цифровой осциллограф включает в себя делитель, усилитель, преобразователь аналогового сигнала, памяти, блока управления и выведения на жидкокристаллическую панель.
Принцип действия такого вида осциллографов придает им большие возможности.
Входящий аналоговый сигнал модифицируется в цифровую форму, и сохраняется. Скорость сохранения определяется управляющим устройством. Ее верхняя граница задается скоростью преобразователя, а нижняя граница не имеет ограничений.

Преобразование сигнала в цифровой код дает возможность увеличить устойчивость отображения, сохранять данные в память, сделать растяжку и масштаб проще. Применение дисплея вместо электронной трубки позволяет отображать любые данные и осуществлять управление прибором. Дорогостоящие приборы оснащаются цветным экраном, что позволяет различать сигналы других каналов, курсоры, выделять цветом разные места.

Параметры цифровых осциллографов намного выше аналоговых моделей, в больших пределах находится растяжка сигнала. Кроме простых схем включения синхронизации, может использоваться синхронизация при некоторых событиях или параметрах сигнала. Синхронизацию можно увидеть непосредственно перед включением развертки. Информация в цифровом виде позволяет записать в память экран с итогами измерения, а также распечатать на принтере.
Многие приборы оснащены накопителями для записи изображения в архив и последующей обработки.

Цифровые люминофорные осциллографы

Такой тип осциллографов работает на новой структуре построения, основанной на цифровом люминофоре. Он имитирует по подобию с аналоговыми приборами изменение изображения на экране. Люминофорные цифровые типы осциллографов дают возможность наблюдать на дисплее все подробности модулированных сигналов, как и аналоговые типы. При этом обеспечивается их анализ и хранение в памяти.

Люминофорные приборы, как и цифровые запоминающие осциллографы, имеет свою память для хранения различной информации, в том числе хранится разница задержки времени между разными пробниками. Возможность люминофорных осциллографов выводить данные с изменяемой интенсивностью значительным образом упрощает поиск повреждений в импульсных блоках. Это выражено при вычислении глубины модуляции сигнала при регулировке напряжения на выходе, приводящее к нестабильному функционированию блоков.

В люминофорных цифровых осциллографах объединены достоинства цифровых и аналоговых устройств, а во многом превосходят их. Люминофорные приборы обладают всеми преимуществами запоминающих осциллографов, обеспечивая возможности аналоговых приборов: быструю реакцию на смену сигнала и его отображение с разной яркостью.

Цифровые стробоскопические осциллографы

В этом виде осциллографов применяется эффект последовательного стробирования сигнала. При повторении сигнала выбирается мгновенное значение в определенной точке. При поступлении нового сигнала точка выбора смещается по сигналу. Так продолжается до полного стробирования сигнала. Модифицированный таким образом сигнал в виде огибающей линии мгновенных величин сигнала входа, повторяет форму сигнала.

Продолжительность модифицированного сигнала на много больше продолжительности тестируемого сигнала, а значит, имеется сжатие спектра. Это соответствует увеличению полосы пропускания. Стробоскопические виды осциллографов имеют большие полосы пропускания, и дают возможность производить исследования периодических сигналов с наименьшей продолжительностью. Стробоскопические осциллографы являются достаточно дорогими приборами, поэтому их применяют чаще всего для решения сложных диагностических задач.

Виртуальные осциллографы

Новый вид приборов может быть отдельным устройством с параллельным портом для вывода или ввода информации, а также с портом USB, а также встроенным вспомогательным прибором на базе карт ISA. Программная оболочка виртуальных осциллографов позволяет полностью управлять устройством, и имеет несколько возможностей сервиса: импорт и экспорт информации, цифровая фильтрация, разнообразные измерения, обработка информации математическим способом и т.д.

Осциллографы с применением персонального компьютера могут применяться для широких возможностей измерения. Например, для обслуживания и разработки радиотехнической и электронной аппаратуры, в телекоммуникационной связи, при изготовлении компьютеризированного оборудования, при выполнении диагностических мероприятий средств автотранспорта на станциях технического обслуживания и для многих других случаев, где требуется оценка и тестирование неустойчивых переходных процессов.

Виртуальные модели осциллографов являются хорошей альтернативой стандартных запоминающих цифровых осциллографов, поскольку они значительно дешевле, проще в применении и компактнее. К недостаткам виртуальных осциллографов относится невозможность измерения и отображения постоянной величины сигналов.

Портативные осциллографы

Цифровые технологии быстро развиваются, в результате чего цифровые стационарные приборы модифицируют в портативные устройства с хорошими параметрами габаритных размеров и массы, а также низким расходом электрической энергии.

При этом портативные осциллографы с питанием от гальванических элементов не уступают по характеристикам стационарным приборам по количеству функций, имеют большие возможности использования в разных областях научных исследований, промышленном производстве, в том числе — в авторемонтном производстве.