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.

Диагностика ЦПГ двигателя с помощью осциллографа.

В этой статье рассматриваются методы компьютерной диагностики состояния механики двигателя. Суть методов основана на том, что с помощью специальных датчиков при использовании многоканального цифрового осциллографа на базе ПК мы имеем возможность анализировать изменение состояния разных величин: разрежение во впускном коллекторе; давление в цилиндрах; пульсации давления отработавших газов в выхлопной трубе; пульсации давления картерных газов; пульсации давления масла в масляной магистрали; пульсации тока стартера. При этом мы можем засинхронизировать сигнал от индуктивного датчика, установленного на высоковольтный провод свечи первого цилиндра бензинового двигателя или от пьезодатчика, установленного на топливопроводе форсунки первого цилиндра дизельного двигателя. Таким образом, можно сделать вывод о принадлежности определенной аномалии конкретному цилиндру.

Предлагаемые методики полностью универсальны и применимы для диагностики как бензиновых, так и дизельных двигателей.

Проверка пульсаций разрежения во впускном коллекторе

Этот тест проводится в режиме прокрутки стартером. Для блокировки пуска двигателя нужно отключить систему зажигания и/или систему подачи топлива. Если двигатель исправен, сигнал носит синусоидальный характер.

Сигнал пилообразной формы

Сигнал приобретает пилообразную форму в случае, если ремень (цепь) установлен неправильно.

Сигнал имеет шумы в верхней части синусоиды

Такая осциллограмма разрежения во впускном коллекторе указывает на то, что впускные клапана закоксованы настолько, что нагар на тарелке клапанов препятствует эффективному наполнению цилиндров топливовоздушной смесью.

Неравномерность осциллограммы разрежения во впускном коллекторе

Такая осциллограмма указывает на нарушения в работе клапанного механизма, связанные с неправильной регулировкой тепловых зазоров в клапанном механизме, или на неисправность гидрокомпенсаторов. Этот тест также позволяет выделить неисправности только механической части двигателя, а время проведения, 5-6 сек, не имеет себе равных.

Проверка пульсаций отработавших газов в выхлопной трубе

Наверное, многие замечали, как опытный моторист анализирует работу двигателя, поднося руку к выхлопной трубе. Неравномерность пульсаций выхлопных газов ощущается даже рукой и указывает на наличие проблем в системе подачи топлива, зажигании, а также на проблемы механики двигателя. Характер пульсаций давления выхлопных газов несет в себе богатую информацию о работе двигателя. Для анализа неравномерности выхлопа используется датчик давления, который подсоединяется к выхлопной трубе.

Теперь двигатель нужно запустить и оставить работать на холостом ходу.

Осциллограмма пульсаций отработавших газов исправного двигателя.

Если в одном из цилиндров наблюдается уменьшение уровня пульсаций, и это отклонение носит систематичный характер, значит, один из цилиндров работает со сниженной эффективностью.

Проверка пульсаций картерных газов

Почти каждый автомобилист наблюдал, как «знатоки» открывали крышку маслозаливной горловины на работающем двигателе и пытались давать советы о состоянии поршневой группы. Газы, прорывающиеся в картер через изношенную цилиндропоршневую группу, вызывают там пульсации давления. Измерив уровень пульсаций давления картерных газов с помощью соответствующего датчика, можно судить о состоянии цилиндропоршневой группы. Осциллограмма пульсаций давления картерных газов исправного двигателя на холостом ходу.

Импульс давления одного из цилиндров на осциллограмме давления картерных газов резко выделяется на фоне остальных.

Такая осциллограмма указывает на то, что в одном из цилиндров может быть повреждение зеркала цилиндра, поломка или залегание поршневых колец, поломка перегородок или прогар поршня.

Осциллограмма давления в цилиндре

В отличие от теста замера разрежения во впускном коллекторе, этот тест дает более ценную информацию на работающем двигателе. Для проведения теста датчик давления должен быть вкручен вместо свечи зажигания.

Свечной провод должен быть подключен к разряднику. Двигатель будет работать с отключенным зажиганием в одном цилиндре на протяжении трех-пяти минут. Какую же информацию несет сигнал этого датчика?

Пик давления в цилиндре однозначно указывает на ВМТ поршня. Второй канал отображает сигнал индуктивного датчика, указывающий на момент зажигания. Зная обороты двигателя и разницу времени между импульсом зажигания и ВМТ, можно вычислить реальный угол опережения зажигания. Анализируя осциллограмму давления в цилиндре, можно измерить моменты открытия и закрытия клапанов.

Начало увеличения давления перед ВМТ такта сжатия указывает на момент закрытия впускного клапана. Момент, отмеченный на осциллограмме, соответствует началу открытия выпускного клапана. Следующая точка, которая нам интересна, – момент начала открытия впускного клапана, когда выпускной еще не закрылся. Начало открытия впускного клапана. Данный тест позволяет сделать вывод о работе газораспределительного механизма для каждого цилиндра отдельно. Имея технические данные исследуемого двигателя (углы открытия и закрытия клапанов) можно сделать вывод о степени износа кулачков распредвала. В заключение хочется сказать следующее: никакой самый современный диагностический прибор не в состоянии самостоятельно поставить достоверный диагноз. Диагностические приборы являются лишь инструментом в руках опытного диагноста. И правильность поставленного диагноза зависит от уровня квалификации специалиста.