2020-05-11
351Снятие сигналов с датчиков САУД осциллографом и их анализ
Чтобы обеспечить оптимальное управление двигателем, контроллер системы управления должен всегда знать точное положение поршней в цилиндрах двигателя относительно ВМТ. Для этой цели шкив привода генератора дополнили зубчатым венцом.
Расчетное количество зубьев на венце 60, при этом два из них отсутствуют. Угловое расстояние между зубьями составляет 6 градусов.
В паре с зубчатым шкивом работает датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), который устанавливается на кронштейне спереди двигателя или сзади на кожухе сцепления. При заднем расположении ДПКВ задающий шкив выполняется на маховике.
Воздушный зазор между ДПКВ и зубчатым венцом составляет 0,9±0,2 мм. Датчик состоит из постоянного магнита и обмотки с сердечником. При вращении зубчатого венца изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока в его обмотке. Амплитуда импульсов увеличивается с ростом частоты вращения коленчатого вала. На величину амплитуды импульсов влияет также расстояние между датчиком и зубчатым венцом.
|
|
|
Датчик положения коленчатого вала и его устройство: 1-магнитный экран, 2-обмотка, 3-постоянный магнит, 4-задающий диск
Сопротивление обмотки датчика составляет ~900 Ω.
Цифровой осциллограф позволяет эффективно отслеживать и находить неисправности в датчиках системы впрыска. В этой статье рассмотрим подробно осциллограммы с датчиков:
1. Положения коленчатого вала
2. Датчика массового расхода воздуха
3. Датчика положения дроссельной заслонки
4. Датчика положения распредвала
5. Лямбда-зонда
6. Датчика холла
7. Датчика детонации
8. Датчика абсолютного давления
9. Датчика скорости автомобиля
ДПКВ
Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) самый главный в системе впрыска, по нему осуществляется синхронизация работы электронного блока управления двигателем. Сигнал вазовского дпкв представляет собой серию повторяющихся электрических импульсов напряжения, генерируемых датчиком при вращении коленчатого вала.
Задающий диск представляет собой зубчатое колесо 60-2, т.е. 58 равноудаленных зубцов и два отсутствующих для синхронизации. При вращении задающего диска вместе с коленчатым валом впадины изменяют магнитный поток в магнитопроводе датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока в его обмотке.
Осциллограмма индуктивного ДПКВ имеет следующий вид:
Здесь стоит обратить внимание на амплитуду сигнала и форму импульсов. Если витки в обмотке датчика будут короткозамкнуты, то амплитуда сигнала будет снижена. Также по осциллограмме легко вычислить биение задающего диска и повреждение зубцов.
На некоторых иномарках в качестве ДПКВ используется датчик Холла, вырабатывающий прямоугольные импульсы.
Вот типичный пример осциллограммы такого датчика (Hyundai Sonata):
|
|
|
А вот так синхронно работают датчики положения коленчатого и распределительного валов двигателей Nissan. По нарастающим фронтам сигналов можно определить смещение валов относительно друг друга.
А это осциллограмма типичной неисправности датчика Холла (Audi 100). Нарастающий фронт "срезан", сигнал такого датчика блок управления не распознает.
На старых Опелях и Daewoo Nexia в качестве датчика синхронизации используется индукционная катушка с задающим диском.
Осциллограмма такого датчика имеет такой вид:
Датчик положения распредвала
ДПРВ используется в системе управления двигателем для определения положения распределительного вала, что необходимо для синхронизации впрыска топлива. Датчик генерирует один импульс за полный цикл работы двигателя (720 градусов поворота коленчатого вала).
Импульс датчика положения распредвала указывает на верхнюю мертвую точку первого цилиндра.
ДМРВ
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) применяются во многих системах управления двигателем (в частности ВАЗ) для измерения значения мгновенного расхода воздуха. Выходной сигнал ДМРВ Bosch HFM5 представляет собой напряжение постоянного тока, изменяющееся в диапазоне от 1 до 5 В, величина которого зависит от массы воздуха, проходящего через датчик. При нулевом расходе исправный датчик должен иметь выходное напряжение около 1В. Эталоном считается значение 0,996В.
По осциллограмме можно отследить 2 важных момента:
1. Скорость реакции ДМРВ можно оценить по времени переходного процесса выходного сигнала при подаче питания на датчик.
2. Выходное напряжение датчика при нулевом расходе воздуха (двигатель остановлен).
Осциллограмма исправного ДМРВ при подаче питания имеет следующий вид.
Время переходного процесса равно 0,5 мс. Выходное напряжение при нулевой подаче воздуха равно 0,996 В.
А это осциллограмма выходного напряжения при включении питания неисправного ДМРВ.
Время переходного процесса такого датчика в десятки раз больше, чем исправного, а значит время реакции самого датчика будет значительно снижено и автомобиль будет «вяло» набирать скорость. Выходное напряжение такого ДМРВ при остановленном двигателе равно 1,13 В., что говорит о значительном отклонении сигнала от нормы. Двигатель с неисправным датчиком в значительной степени потеряет «приемистость», будет затруднен пуск и возрастет расход топлива.
Важно: система самодиагностики блока управления двигателем не способна выявить снижение скорости реакции ДМРВ. Такую неисправность можно найти только путем диагностики с применением осциллографа.
Осциллограмма выходного напряжения изношенного ДМРВ при резком открытии дроссельной заслонки.
При значительном загрязнении чувствительного элемента датчика, скорость реакции на изменение воздушного потока снижается и форма осциллограммы становится более "сглаженной".
Исправный датчик при быстром открытии дроссельной заслонки должен выдавать кратковременно в первом импульсе более 4 В.
ДМРВ Bosch
Лямбда-зонд
По анализу осциллограммы выходного сигнала лямбда-зонда на различных режимах работы двигателя можно оценить как исправность самого датчика, так и исправность всей системы управления двигателем.
Осциллограмма напряжения исправного циркониевого лямбда имеет следующий вид:
Здесь следует обратить внимание прежде всего на 3 момента:
1. Размах напряжения выходного сигнала должен быть от 0,05-0,1 В до 0,8-0,9 В. При условии, что двигатель прогрет до рабочей температуры и система управления работает по замкнутой петле обратной связи.
2. Время перехода выходного напряжения зонда от низкого к высокому уровню не должно превышать 120 мс.
3. Частота переключения выходного сигнала лямбда-зонда на установившихся режимах работы двигателя должна быть не реже 1-2 раз в секунду.
|
|
|
ДПДЗ
Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) служит для отслеживания угла открытия дроссельной заслонки и представляет собой потенциометр. Опорное напряжение датчика равно 5 В. Сигнал исправного ДПДЗ представляет собой напряжение постоянного тока в диапазоне от 0,5 до 4,5 В. При повороте дроссельной заслонки, сигнал должен меняться плавно, без скачков и провалов.
Пример осциллограммы двух датчиков положения дроссельной заслонки VW Passat с двигателем RP показана на рисунке ниже.
Один из датчиков работает в диапазоне от 0 до 25% открытия дроссельной заслонки, а второй от 25 до 100%.
Датчик абсолютного давления (ДАД)
На основании данных с этого датчика о разряжении и температуре во впускном коллекторе, блок управления рассчитывает количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Принцип действия основан на преобразовании значения давления в соответствующую величину выходного напряжения. Применяемые в современных системах управления двигателем датчики чрезвычайно надежны. Проверить работу датчика абсолютного давления можно осциллографом, подключившись к его сигнальному выходу.
Осциллограмма с датчика при открытии дроссельной заслонки имеет такой вид:
Датчик детонации (ДД)
Наиболее распространенный широкополосный датчик детонации пьезоэлектрического типа с генерирует сигнал напряжения переменного тока с частотой и амплитудой зависящей от степени "шума", который издает та часть двигателя, на которую он установлен. При возникновении детонации амплитуда вибраций повышается, что приводит к увеличению напряжения выходного сигнала ДД. При этом контроллер корректирует угол опережения зажигания для гашения детонации.
Проверить датчик детонации можно на столе, подключившись щупами осциллографа к его выводам. При легком постукивании металлическим предметом на осциллограмме отобразятся такие импульсы:
|
|
|
Датчик скорости автомобиля
Как правило такие датчики имеют в своей основе элемент Холла. Однако встречаются и индуктивные датчики.
Типичный пример осциллограммы индуктивного датчика скорости автомобиля Ауди 100 имеет такой вид:
Индуктивный датчик АБС
Хоть этот датчик не относится к системе впрыска, но раз уж попалась на глаза, выкладываю осциллограмму.
Такой вид имеет сигнал с индуктивного датчика системы АБС.
Обратите внимание на амплитуду сигнала. В данном конкретном случае осциллограмма снята при простом прокручивании колеса рукой. Однако если датчик имеет короткозамкнутые витки, то его амплитуда будет значительно меньше. Сигнал такого датчика блок управления АБС не "увидит".
Использование имитатора сигналов автомобильных датчиков
Компьютерное управление двигателем Датчики отслеживают различные условия, которые влияют на работу двигателя. Сигналы разных датчиков используются компьютером, чтобы управлять составом топливной смеси, углом опережения угла зажигания, скоростью холостого хода, работой клапана рециркуляции отработанных газов, регулирующим клапаном продувки фильтра и другими функциями улавливания вредных выбросов, блокировкой редуктора в автоматической трансмиссии и даже переключением скоростей в некоторых последних автоматических моделях. Неисправность в любом из необходимых датчиков системы может вызвать различные проблемы эксплуатации, включая трудный запуск, неустойчивый холостой ход, вибрацию, провалы при ускорении, чрезмерную частоту вращения на холостом ходу, чрезмерные выбросы через выхлопную трубу, неправильное переключение передач или блокировку гидротрансформатора. SMC-115 позволяет вам проверить и «вход» компьютера и его выходной сигнал, имитируя разные входные сигналы датчика. Это позволит вам решить правильно ли работает датчик, принимает ли компьютер сигнал датчика и правильно ли реагирует компьютер на данный входной сигнал.
Разные типы датчиков двигателя можно сгруппировать по следующим категориям: 1. Датчики переменного сопротивления, часто называемые «2-wire» (двухпроводные) датчиками, потому что они обычно присоединяются к компьютеру двумя проводами: проводом, проводящим напряжение, и проводом обратного сигнала. Датчики переменного сопротивления включают датчики температуры и охлаждающей жидкости, датчики температуры воздушного коллектора и датчики температуры наружного воздуха.
2. Датчики переменного напряжения, часто называемые «3-wire» (трехпроводные) датчиками, потому что они подсоединяются к компьютеру с помощью трех проводов: провод питающего напряжения (обычно 5 вольт), провод обратного сигнала и провод заземления. Датчики переменного напряжения включают датчики положения дроссельной заслонки, датчики абсолютного давления в коллекторе, датчики барометрического давления и некоторые датчики массового расхода воздуха. 
Датчик кислорода также создает сигнал переменного напряжения, но в отличие от других датчиков этой категории, датчик кислорода генерирует свое собственное напряжение как источник э.д.с. Напряжение, создаваемое датчиком зависит от количества кислорода в выхлопных газах. Чем меньше содержание кислорода в выхлопных газах, тем выше напряжение на выходе. Выходное напряжение датчика лежит в диапазоне от 0,1 V (мало) до 1,0 V (много). Датчик О2 может иметь один, два или три провода, соединяющих его с компьютером, в зависимости от того, относится ли он к типу с подогревом или нет. SMC-115 может имитировать все три типа датчиков кислорода. 3. Датчики частоты –эти датчики содержат электронику, преобразующую их выходное напряжение в импульсный сигнал. Частота сигнала пропорциональна измеряемой величине. GM («Дженерал Моторс») использует датчик переменной частоты для измерения массового расхода воздуха. «Форд» использует датчики переменной частоты MAP и BARO. 
Датчик детонации также генерирует частотный сигнал. Он генерирует сигнал, если регистрирует вибрацию блока или головки двигателя, сопровождающего детонации. Когда компьютер принимает сигнал от датчика детонации, он на некоторое время изменяет момент зажигания (в сторону уменьшения опережения), до прекращения детонации.
Возможности ТЕСТЕРА-ИМИТАТОРА SMC-115 Тестер-имитатор датчиков может быть использован для: • Имитации выходных электрических сигналов всех автомобильных датчиков. Тестер позволяет изменять напряжение на выходе, внутреннее сопротивление, а также изменять частоту выходного сигнала. • Имитации сигналов датчиков при различных режимах работы двигателя. Это позволяет анализировать реакцию бортового компьютера автомобиля и тем самым определить его исправность (правильность алгоритма работы). • Проверки электрических цепей автомобиля и определения короткого замыкания или обрыва в них. • Измерения постоянного напряжения.
тронными системами управления и совместно с различными типами диагностических компьютеров (сканеров), или другим оборудованием. Сканеры подключаются непосредственно к бортовому компьютеру через диагностический разъем и позволяют считывать коды неисправностей, расшифровывают данные, но они не могут вводить какие- либо изменения в систему. С этой задачей справляется имитатор SMC-115. Тестер-имитатор используется, главным образом, для имитации сигналов, генерируемых различными датчиками, в случае подозрения на их неисправность. Используя прибор в режиме имитации сигнала, вы должны убедиться в том, что система управления или двигатель адекватно реагируют на изменение выходного сигнала, применяя для этой цели сканирующий прибор или какое-либо другое диагностическое устройство. Если блок управления правильно реагирует на сигнал SMC-115, то, вероятно, неисправен соответствующий датчик, который нуждается в замене. Имитируя сигналы датчиков, Вы имеете возможность оценить реакцию бортового компьютера на изменение входящей информации и тем самым определить его работоспособность. Функция измерения напряжения и проверки электрических цепей («прозвонка») позволяет Вам выявить проблемы, связанные с автомобильной проводкой.
Три нижних двуцветных светодиода: 1. «ВЫХОД» Красный – выход сигналов заблокирован; Зеленый – выход открыт. 2. «Детонация» Красный – нет; Зеленый – есть. 3. «О2» Кислородный датчик Красный – λ1
РЕЖИМЫ РАБОТЫ
1. Генерация сигнала датчика Холла «ДХ». Генерация импульсов прямоугольной формы на выход типа «открытый коллектор». Частота сигнала 1-1000Гц Скважность 0,5 Максимальный ток 50 mA Шаг регулировки частоты 1Гц Доступен режим пропущенных зубьев.
2. Генерация сигнала индуктивного датчика «ИД». Генерация импульсов синусоидальной формы на активный выход с гальванической развязкой. Частота сигнала 1-1000Гц Выходное сопротивление 2 Ком Шаг регулировки частоты 1Гц Амплитуда напряжения 0,2В 3В 6В Доступен режим пропущенных зубьев.
3. Генерация прямоугольного сигнала «Актив». Генерация импульсов прямоугольной формы на выход типа «активный выход». Частота сигнала 1-1000Гц Скважность 0,5 Выходное напряжение 5В Максимальный ток 50mA Шаг регулировки частоты 1Гц Доступен режим пропущенных зубьев.
4. Имитация резистивного датчика «R ист» Имитация сопротивления. Диапазоны имитации сопротивления 4,7КОм 100КОм Максимальный допустимый ток через сопротивление 50mA
5. Режим «Прозвонка» Проверка электрических цепей на наличие/отсутствие короткого замыкания. Сопротивление цепи должно быть не более 40-50 Ом. При этом прибор издает звуковой сигнал.
6. Имитация сигналов датчика детонации «Детонация» Двуполярный выход до ±5В
7. Измерение напряжения «U измер» Режим вольтметра. Измеряемое постоянное напряжение 0-15В В этом режиме НЕ ДОПУСКАЕТСЯ ПЕРЕПОЛЮСОВКА входов прибора
8. Имитация источника постоянного напряжения «U ист» Диапазон имитации выходного напряжения 0-15В Шаг регулировки ~0,1В Ограничение по току 50mA
9. Имитация сигналов кислородного датчика «O2» Два фиксированных значения выходного напряжения 0,1В 0,8В
ТИПИЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКОВ Приведенные ниже величины являются типичными для выходных сигналов большинства датчиков. Но эти величины следует использовать только как общие, вероятные значения. Фактические значения параметров датчиков, представленные производителем автомобиля, можно найти в соответствующих изданиях по обслуживанию автомобиля. Если параметры аналогичного датчика отсутствуют или не были опубликованы, можно измерить параметры аналогичного датчика на заведомо исправном автомобиле. Обязательно обратите внимание на конкретные условия измерения (например, частота вращения коленчатого вала двигателя, температура охлаждающей жидкости, положение дроссельной заслонки и т.п.) Для измерений пользуйтесь высокоточными цифровыми мультитестерами. РЕЗИСТОРНЫЕ ДАТЧИКИ Резисторные датчики почти всегда используются в качестве датчиков температуры. Они обычно имеют сопротивление 10 КОм и более при температуре 00 C и ниже 1 КОм при рабочей температуре свыше 820 C. Большинство датчиков температуры охлаждающей жидкости имеют сопротивление около 10КОМ при 00 С и около 200 ОМ при 880 С. Часть датчиков температуры может иметь сопротивление в несколько КОм при 820 С и выше. Например, датчик температуры охлаждающей жидкости для автомобиля Ford имеет сопротивление около 1800 Ом при 910 С. ДАТЧИКИ НАПРЯЖЕНИЯ Датчики напряжения, как правило, используются как датчики давления и позиционирования. Они обычно используют напряжение питания 5 Вольт от блока управления двигателем, выходное напряжение таких датчиков может изменяться в диапазоне от 0 до 5 Вольт. Обычно к положению меньшего давления или меньшей позиции соответствуют меньшему выходному напряжению датчика. Выходной сигнал датчиков давления обычно лежит посредине (при 2,5 в) при нормальных условиях работы двигателя (частичные нагрузки). Позиционные датчики, например, датчики положения дросселя, могут давать показания от 0 Вольт в положении холостого хода и приближаться к 5 Вольтам при полностью открытой дроссельной заслонки. Однако будьте внимательны, потому что некоторые датчики имеют противоположные характеристики. Порядок работы с устройством КАК ИМИТИРОВАТЬ СИГНАЛ ДАТЧИКА 1. Выключите зажигание и отсоедините разъем датчика из жгута проводов. Чтобы правильно найти провода датчика, см. электрическую схему электропроводки автомобиля. 2. Установите органы управления SMC-115 так, чтобы они имитировал необходимый вам сигнал датчика, как описано выше. 3. Подсоедините выходные провода: черный (минусовой) заземляющий провод к удобному месту заземления на шасси или на двигателе, а красный провод – к соответствующему разъему датчика на жгуте. Вы можете обратиться к электрической схеме автомобиля, чтобы обеспечить правильное подсоединение. 4. Подсоедините сканирующий прибор или иное тестирующее оборудование, которое будет использоваться для контроля работы системы.
Если после подачи имитирующего сигнала датчика с помощью SMC-115 в симптомах неисправности нет изменений, то неисправность, вероятно, находится либо в электрической цепи датчика, либо в блоке управления, либо в неисправном актюаторе, соленоиде или ином управляющем элементе. Пользуйтесь функцией проверки разрывов в электроцепи, чтобы проверить цепь проводки на отсутствие коротких замыканий, разрывов или закорачивания на землю. Если при проверке цепь оказывается исправной и различные выходные устройства действуют правильно (что можно обнаружить разными способами), то неисправность вероятнее всего кроется в блоке управления, и он, возможно, требует замены. Необходима дополнительная проверка. Если после замены сигнала имитируемого датчика на сигнал SMC-115 работа двигателя нормализуется, неисправность следует искать в датчике, и его необходимо заменить. КАК ПРОВЕРИТЬ ОТСУТСТВИЕ ОБРЫВОВ В ЦЕПИ Прозвонка. Присоедините черный заземляющий провод к одному концу провода или кабеля, который вы хотите проверить, а красный провод – к другому концу. Если в цепи нет обрывов (сопротивление менее 40-50 Ом), то прибор отображает «000» на цифровом индикаторе и издает звуковой сигнал.
КАК ИЗМЕНЯТЬ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ Чтобы изменить режимы работы двигателя (например, перейти от замкнутого цикла к разомкнутому циклу и наоборот), можно пользоваться SMC-115, имитируя сигналы тех или иных датчиков. ВНИМАНИЕ: Не все системы управления реагируют на имитацию адекватно. См. описание к конкретным моделям. В том случае, когда блок управления получает сигнал SMC-115, принимая его как сигнал реального датчика, он производит соответствующие изменения в работе двигателя. Например, можно «обмануть» блок управления автомобиля, так чтобы он «решил», что двигатель холодный, подав соответствующий сигнал от датчика температуры охлаждающей жидкости. В этом случае блок управления перейдет из режима замкнутой петли к режиму разомкнутой петли (см. в разделе 4.1. более подробную информацию о компьютерном управлении двигателем). Этот тип подстановки может помочь например при проведении теста баланса мощности на некоторых автомобилях. Другие примеры: - Изменяя сигнал датчика положения дроссельной заслонки, можно варьировать состав топливной смести (изменение длительности импульсов форсунки). - Изменяя сигнал датчика барометрического давления, можно изменять состав топливной смести и опережение зажигания имитируя режим «большая высота» и «нормальная высота». - Изменяя сигнал датчика кислорода от малого к большему и обратно, можно изменять состав топливной смеси (путем изменения длительности импульсов форсунок). - Изменяя сигнал датчика абсолютного давления во впускном коллекторе можно изменять угол опережения и состав топливной смеси. - Изменяя сигнал датчика расхода воздуха, можно изменять состав топливной смеси. - Изменяя сигнал датчика детонации, можно вызвать уменьшение опережения момента зажигания.
