Оборудование для диагностики автомобиля: какое бывает?
Какое бывает оборудование для проверки электроники автомобиля?
Существует три типа диагностических приборов: газоанализаторы, мотортестеры и сканеры (они изображены на рисунке).
Еще есть дополнительное оборудование, но из всего списка можно выделить три большие группы диагностических приборов.
Диагностический сканер
Первый прибор – это сканер. Он подключается к автомобилю, к диагностическому разъёму.
Сканер – это прибор, который позволяет общаться с блоком управления двигателем. Собственно говоря, он и задуман для работы с блоком управления.
Та информация, которую мы видим на сканере — это информация из блока управления. Если на сканере написано «угол опережения зажигания — 15 градусов», означает ли это, что он реально там 15 градусов? Конечно же нет. Да, он может быть и 15. Но, 15 – это считает блок управления, так он задал угол и выдает 15 градусов.
То, что мы видим сканером — мы видим глазами электронного блока управления.
Мотортестер
Данный прибор – это глаза диагноста.
Мотортестер – это измерительный прибор, который можно сравнить по работе с мультиметром. Это такой мощный прибор, заточенный под работу с двигателем, под измерение высокого напряжения, давлений, токов.
Причем, больших токов, всевозможных напряжений, для съема осцилограмм, для их запоминания. То есть это измерительный прибор, в отличие от сканера. Сканер ничего сам не измеряет, сканер отображает то, что видит блок управления.
В сканере мы можем увидеть 15 градусов, подключаем мотортестер, смотрим, а там 5 или 0, или даже минус.
Газоанализатор
То, что у двигателя вылетает из выхлопной трубы – это тоже источник диагностической информации. К примеру, вы приходите к врачу, говорите – у меня болит то-то и то-то, он дает вам направление на анализы, потому что ему нужна информация о том, что у вас там в крови и сколько там сахара, сколько того и того.
То, что у двигателя в выхлопной трубе – это то, что произвел двигатель в результате своей работы, в результате своей жизнедеятельности. Он выполняет механическую работу и производит отработанные газы. Вот как доктор по анализу видит, что происходит, так и мы по составам отработанных газов видим, что происходит в двигателе.
Здесь еще нужно добавить, что газоанализатор нужен только четырехкомпонентный.
Нужно обязательно CO2, нужно обязательно O2, расчетные параметры лямбды (датчик кислорода).
Естественно, характер информации, которую мы получаем с помощью этих приборов, он разный. Газоанализатор выдает одно, мотортестер другое, сканер выдает третью информацию.
Условные области информации о двигателе, которая доступна основным диагностическим приборам и дополнительным приборам.
Дополнительное оборудование
Даже основными диагностическими приборами мы не может полностью собрать информацию о некорректной работе двигателя. Остаются небольшие области, в которых все три прибора бессильны. Здесь используется дополнительное диагностическое оборудование.
Топливные монометры
В первую очередь, это набор топливных манометров. Набор переходников под разные системы, разные модели автомобилей.
Компрессометр служит для оценки состояния цилиндров. Но более серьезно их можно оценить пневмотестером. Им можно определить досконально работу цилиндра, железа цилиндра.
Приезжает автомобиль, троит, подтраивает. Меряем компрессию – все хорошо, но по газоанализу видно, что не все хорошо, а компрессия вроде бы нормальная. Берем пневмотестер, смотрим – а в одном цилиндре утечка. И уже знаем: какая утечка и куда (через клапан, через кольцо или в систему охлаждения).
Этот прибор очень желательно иметь. Он, конечно, стоит порядка 6 тысяч, но прибор очень полезный, сколько дефектов можно найти с его помощью – не пересчитать.
Разрядники
Если вы сняли для какого-либо измерения наконечник с высоковольтного провода, его ни в коем случае нельзя просто оставить где-то.
Какой более безболезненный вариант в этом случае?
- Снять с катушки провод, положить его рядом и пытаться завести двигатель или компрессию померить;
- Снять с катушки провод, положить его на массу, накоротко (сделать короткое замыкание), и делать то же самое.
Если мы снимем провод и просто положим — мы убьем катушку. Поэтому разрядники обязательно потребуются.
Не запускается автомобиль. Просто посмотреть наличие искры. Одеваем разрядник и смотрим.
Почему на разрядники нужно смотреть?
Дело в том, что, искровой зазор большой на разряднике, и на свежем воздухе мы катушку нагружаем, даем ей, как говорится, пинка.
А если мы вытащим свечку, оденем высоковольтный провод на свечу, положим, так искра будет.
Зазора нет, давления нет, здесь нужно понимать – в цилиндрах есть давление, а на воздухе давление – одна атмосфера, и пробивается гораздо легче.
Машина не заводится — искра есть, все есть. Одели провод, положили свечу на двигатель, крутим двигатель — искра есть.
Цепляем мотортестер, смотрим осцилограмму — искры нет. Катушку поменяли, машина завелась. Искра была, на воздухе, на свечке она была.
Если бы нацепили свечу на разрядник, мы бы увидели, что искры нет. На разряднике зазор большой, искры бы там не было. Такая вещь тоже полезна.
Тестер утечек
Попросту говоря — это генератор дыма. Туда заливается специальный состав, он там нагревается, дымится со страшной силой, и дым подается во впускной коллектор. Это делается для того, чтобы найти утечки во впускном коллекторе.
Какие места утечек могут быть:
- Ось дроссельной заслонки. Куда дроссельная заслонка одевается, из этих втулочек дымит регулярно. Если дроссельный узел походил лет пять — уже будет дымить оттуда.
- Регуляторы холостого хода.
Конечно, это не основной прибор, нет крайней необходимости в нем, но очень полезная вещь, очень удобная и значительно облегчает поиск подсоса воздуха.
Стетоскоп технический
Тоже очень полезная штука, стоит копейки. Этим прибором можно прослушать двигатель на пример каких-то механических стуков, где-то там поршня постукивают, клапана постукивают, побрякивают, используют для прослушивания форсунок.
Эндоскоп
Очень удобная штука, одно дело, когда вы что-то померяли, посмотрели. А если предполагать, что детонация происходит из-за нагара в камере сгорания, потому что других причин нет?
Как это увидеть не разбирая двигатель? – Эндоскопом. Выворачиваем свечку, заглядываем, смотрим.
Эндоскопы бывают как самостоятельные приборы и как камеры с подключением к компьютеру (такие будут дешевле).
Существует большая проблема – не заводится двигатель в морозы. На впускных клапанах, вследствие подачи топлива на клапан – впрысковые моторы подают топливо на клапан, и он обрастает смолой, покрывается ей как губкой.
Топливо брызнуло на клапан, клапан горячий, что могло испариться – испарилось, а смола осталась.
И в итоге впрысковые моторы вот этим страдали. Форсунка брызнула на клапан, бензин впитался, образовавшейся смолой, и машина не завелась. Тоже, это очень легко обнаружить эндоскопом.
Пример образования смолы (нагара)
Тестер цепей
Для работы потребуется набор тестеров и всевозможных пробников . В основном, лучше покупать тестеры, заточенные именно под автомобильную тематику, чтобы он мог и померить то, что интересует.
Базы данных
Помимо оборудования необходимы базы данных. Без базы данных на современном диагностическом участке попросту никуда.
Что такое база данных?
Естественно, автодилер получает от производителя какую — то компьютерную программу, в ней заложена вся информация по ремонту, сроки обслуживания, все моменты затяжки, все геометрические размеры, заправочные объемы, все электросхемы, в общем, все необходимое для работы специалиста на станции. Такая база данных называется дилерская.
Пример из базы данных Chevrolet:
Заключение
В статье мы рассмотрели диагностическое оборудование для диагноста бензиновых двигателей. Это, конечно, список в идеале.
На практике же не всегда будет возможность приобрести тот или иной прибор, да и специфика работы может не потребовать часть упомянутых приборов.
Диагностика при помощи дополнительного диагностического оборудования
При проведении диагностических мероприятий нужно не только определить причину неисправности, нужно это сделать с минимальными трудозатратами. Существуют две принципиально различных линии диагностического оборудования: сканеры и мотортестеры.
Сканеры подключаются к диагностическому разъему и по цифровой диагностической шине устанавливают связь с блоком управления. Сканеры появились с появлением цифровых систем управления типа «Motronic» в середине 80-х годов. По мере усложнения систем управления усложнялись сканеры и их диагностические программы. Современные дилерские сканеры являются мощными диагностическими средствами, которые позволяют производить диагностические и сервисные функции не только для двигателя, но и для всего автомобиля в целом. При обнаружении неисправности в какой-либо системе, оператору, производящему диагностику, дается контекстная информация о назначении и принципах функционирования системы, в которой была обнаружена неисправность, электрическая схема и схема мест расположения ее компонентов. Также для многих неисправностей существуют тест-блоки, позволяющие с большей точностью локализовать обнаруженную неисправность. Преимуществом сканера является простота подключения, возможность получать информацию о неисправностях, которые встречались ранее и были зафиксированы ЭБУ и об интерпретации ЭБУ внешних условий и параметров работы двигателя.
Но основные преимущества сканеров – оперативность и простота подключения по цифровой шине и возможность получения информации о неисправностях, случившихся в прошлом – достигаются за счет ограничений на возможность проведения разнообразных диагностических тестов. Из-за этого некоторые нетривиальные нарушения работы ДВС не поддаются диагностике при помощи сканеров.
Сканер привязан к системе диагностируемого автомобиля протоколом обмена данными, и полностью использовать возможности связи с данным автомобилем, а у современных автомобилей перечень функций, реализуемый через диагностический разъем, очень обширен, могут только сканеры, ориентированные на данную марку автомобилей.
Диагностическое оборудование, которое подключается непосредственно к датчикам или исполнительным устройствам, и по сути является цифровым осциллографом, обычно называют мотортестером. Он фиксирует физическую величину (обычно напряжение) и ее изменение во времени с простейшим обсчетом (минимум, максимум, скважность и т.д.). Имеется возможность запомнить некоторый временной промежуток, с последующим анализом. Мотортестер не имеет ориентации на какую-либо марку автомобиля. Поэтому мотортестер является универсальным прибором, в задачу которого входит охватить максимально широкий спектр сигналов, поступающих с датчиков. Наиболее актуальным диагностическим оборудованием мотортестер был в 80-е годы. В те годы бензиновые автомобили оснащались электронным зажиганием и впрыскиванием топлива, но системы управления тех лет либо не имели цифрового интерфейса вообще, либо этот интерфейс обладал весьма ограниченными возможностями. По мере развития систем управления и их самодиагностики, актуальность мотортестеров постепенно снижалась. Сейчас мотортестеры имеют весьма ограниченное применение из-за ограниченных возможностей и большей трудоемкости при использовании, относительно сканеров.
Недостатки штатной диагностики и неисправности, при диагностике которых требуется подключение дополнительного диагностического оборудования
Электронные системы управления современных автомобилей очень сложные, и проводить диагностические действия без подключения бортовой диагностики невозможно. Система управления двигателем имеет несколько резервных схем управления, и определить их включение возможно только с помощью диагностического сканера. Увеличение числа датчиков, их труднодоступность делает использование дополнительного диагностического оборудования весьма проблематичным. Но совсем отказаться от непосредственного измерения тех или иных величин тоже невозможно. Тенденцией последних лет является снижение количества доступных при диагностике штатным диагностическим оборудованием информационных параметров и повышением роли бортовой диагностики, то есть диагностические решения принимаются на основании сообщений самодиагностики.
Перечислим недостатки штатного диагностического интерфейса, восполнить которые должно дополнительное диагностическое оборудование:
- Обновление экрана диагностического сканера происходит с частотой 1 – 2 Гц. Многие параметры работы двигателя, особенно на переходных режимах, не успевают попасть в «кадр» Например, время, за которое частота вращения коленчатого вала меняется от 600 мин-1 до 6000 мин-1 на режиме свободного разгона, составляет порядка 1 секунды.
- Наблюдение оператором суперпозиции сигналов в переходных процессах, причинно-следственной связи между ними возможно только в статике. То есть электрические сигналы, сопровождающие работу двигателя, должны быть зарегистрированы, а затем должна быть возможность для их анализа.
- Сигналы всех датчиков представляются в интерпретации блока управления. Например, соответствие показаний датчика температуры реальности при холодном пуске можно легко проверить, а взаимное положение коленчатого и распределительных валов при работе двигателя можно оценить, только проанализировав суперпозицию зарегистрированных сигналов соответствующих датчиков.
- Штатные датчики системы управления контролируют не все важные, для работы двигателя, параметры. Например, давление в топливной магистрали оказывает большое влияние на качество ТВС, но датчика, контролирующего это давление, в большинстве систем впрыскивания во впускной коллектор, нет. При проведении диагностики этот параметр можно проконтролировать стрелочным манометром. Датчиков, контролирующих давление рабочего тела в цилиндре двигателя, перемещение силового агрегата на опорах, позволяющих регистрировать шумы и стуки при работе ДВС, в системах управления не предусмотрено. Регистрация этих параметров возможна только при помощи сложного дополнительного диагностического оборудования.
Соответственно, оптимальным сочетанием диагностического оборудования на сегодняшний день является узкоориентированный на марку автомобиля сканер с измерительной частью плюс дополнительное диагностическое оборудование, позволяющее анализировать электрические импульсы моторного жгута и имеющее дополнительные датчики, для измерения параметров, характеризующих работу двигателя.
Рассмотрим неисправности, при диагностике которых требуется подключение дополнительного диагностического оборудования:
- Программные сбои. В случае возникновения программных сбоев система управления начинает неадекватно воспринимать сигналы различных датчиков и производить неадекватные управляющие воздействия. При помощи штатного диагностического оборудования эти неисправности обычно локализовать невозможно – система управления в случае программного сбоя сообщает о неисправности, которой на самом деле нет. Проверить это можно только проанализировав сигналы информационных датчиков независимо от системы управления.
- Повышенная неравномерность работы двигателя. Система управления предоставляет информацию о средней эффективности работы различных цилиндров при работе двигателя на холостом ходу, но причину, из-за которой двигатель работает неравномерно, приходится искать при помощи других средств диагностики. Наиболее сложно диагностируются неисправности, проявляющиеся только при работе двигателя, например, нарушение кинематики привода клапанов. Для диагностики таких проблем прямым методом, а не по косвенным признакам, нужно иметь возможность измерять давление в цилиндрах двигателя при его работе.
- Неудовлетворительная динамика и экономичность. В случае, если система самодиагностики не сообщает о каких-либо неисправностях, а двигатель работает не адекватно, для поиска неисправностей нужно контролировать качество протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. Сделать это можно только при наличии датчиков давления в цилиндрах двигателя, системы синхронной регистрации сигналов с этих датчиков и штатных датчиков автомобиля и программы обработки этих сигналов.
Все процессы в поршневом ДВС привязаны к положению коленчатого вала двигателя, поэтому ДПКВ можно считать основным датчиком системы управления. Результат регистрации сигнала ДПКВ – значения напряжения на сигнальном проводе датчика в функции времени. Если частота дискретизации 1 МГц, то за одну секунду АЦП миллион раз регистрирует значения напряжения. Результат регистрации – точка, на экране эти точки сливаются в непрерывную линию. Соответственно, построение шкалы угловых отметок положения коленчатого вала является начальным этапом обработки зарегистрированных сигналов. Обычно, в качестве ДПКВ используются индукционные датчики, или работающие на основании эффекта Холла.
В последнее время, датчики, работающие на эффекте Холла, используются чаще. В качестве инкрементного колеса, обычно используется колесо «60-2». Перед тем, как получить в результате обработки шкалу угловых отметок с указанными ВМТ начала рабочего хода всех цилиндров, нужно определить (задать в программе), какому зубу, после двух пропущенных, соответствует ВМТ первого цилиндра и порядок работы ДВС.
Порядок работы обычно указан заводом изготовителем. Для нахождения зуба, соответствующего ВМТ первого цилиндра есть несколько способов:
Итак, после нахождения номера зуба, прохождение которого соответствует ВМТ первого цилиндра, можно заполнить таблицу соответствия зубьев ВМТ всех цилиндров.
В данном примере представлена таблица ВМТ восьмицилиндрового двигателя BMW N62. Можно отметить, что у всех восьмицилиндровых двигателей BMW эта таблица одинаковая.
Теперь можно обработать зарегистрированный сигнал ДПКВ.
Результат обработки – шкала угловых отметок с шагом 6° и линии ВМТ начала рабочего хода во всех цилиндрах. Эта шкала угловых отметок накладывается на шкалу времени, в результате становится известно, в какой момент времени начинался рабочий ход в каждом цилиндре. Определив, за какое время коленчатый вал провернулся на 6° можно рассчитать и среднюю угловую скорость вала на этом участке. То есть каждому угловому промежутку в 6° соответствует одна точка. Для удобства восприятия на рисунке эти точки соединены линиями, в результате получается график скорости. Но с точки зрения физики, этот график не правдоподобен. В реальности ускорение не может меняться скачкообразно!
Во вкладке «Алгоритмы» на панели инструментов Visual находятся алгоритмы, позволяющие производить дальнейшую обработку различных данных. Эти алгоритмы создаются пользователем самостоятельно при помощи инструментов Visual.
Для дальнейшей обработки угловой скорости коленчатого вала, также имеется несколько алгоритмов. Следует отметить, что шкала угловых отметок коленчатого вала, совмещенная со шкалой времени, фактически является графиком положения коленчатого вала. Графики положения коленчатого вала, угловой скорости и углового ускорения являются взаимосвязанными. Результатом дифференцирования графика положения коленчатого вала является график угловой скорости, следующее дифференцирование дает ускорение коленчатого вала. Проверить точность работы созданных алгоритмов обработки сигналов ДПКВ достаточно проблематично, так как получить фактическое положение коленчатого вала в каждый момент времени – технически очень сложная задача. Коленчатый вал только условно можно считать абсолютно жестким, фактически это крутильная система и сигнал ДПКВ несет только информацию о положении инкрементного колеса в определенные моменты времени. Поэтому вопрос точности алгоритмов обработки сигнала ДПКВ нужно увязывать с решаемыми задачами. Наибольшая точность определения положения вала требуется при индицировании, для адекватной обработки ИД. В этом случае критерием адекватности обработки является согласованность ускорения коленчатого вала и крутящего момента от газовых сил.
Так как при работе ДВС угловая скорость коленчатого вала изменяется примерно в десять раз, а частота опроса сигнального провода ДПКВ остается постоянной, количество точек на участке между линиями трассировки (одноименными фронтами сигнала ДПКВ) также меняется. Для того, чтобы алгоритм обработки мог это учесть, одним из параметров алгоритма является частота вращения.
На следующем рисунке представлены графики скорости – результат первичной обработки – голубой график и «Спецскорость» — сильно сглаженный график, отражающий среднюю скорость.
Результат алгоритма обработки скорости представлен на следующем рисунке – черный график. Дополнительно представлен график ускорения, полученный его дифференцированием. При дифференцировании исходного, (голубого) графика скорости, ускорение получается не правдоподобным.
Шкала угловых отметок высокого разрешения, которая создается алгоритмом обработки, необходима при индицировании. Но для решения широкого спектра задач бывает достаточно первичной обработки сигнала ДПКВ.
Теперь рассмотрим, как в Visual обрабатываются сигналы основных исполнительных органов – катушек зажигания и топливных форсунок.
На рисунке представлен начальный момент свободного разгона двигателя М50. В этом двигателе каждая форсунка управляется индивидуальным каналом. Рассмотрим отображение работы форсунок на примере 6-го цилиндра. На рисунке указаны моменты закрытия впускных клапанов в шестом цилиндре. Соответственно, считается, что топливо, поданное форсункой в промежутке между этими событиями, попадает в цилиндр и сгорит в последующем рабочем цикле. Программа обработки суммирует продолжительность всех импульсов за этот период и отображает эту сумму точкой. По шкале угловых отметок эта точка соответствует началу рабочего хода, в данном случае, в шестом цилиндре, по шкале ординат она соответствует продолжительности активации форсунки. В первой из отмеченных точек двигатель работал на холостом ходу и время активации форсунок составляло около 4 мс. Затем была резко открыта дроссельная заслонка. Процесс открытия дросселя совпал с активацией форсунки 6-го цилиндра, поэтому после первого импульса сразу последовал второй, и суммарная продолжительность этих двух импульсов составила 41 мс, что и нашло отражение на соответствующем графике. С рабочего процесса в 6-м цилиндре по сути начинается разгон двигателя.
Тем фактом, что для получения большей работы от сгорания ТВС, это большее количество нужно впустить, а затем сжать, объясняется задержка между моментом открытия дросселя и началом свободного разгона.
Теперь рассмотрим, как отображается в Visual угол опережения зажигания. На рисунке видно, что на холостом ходу момент искрообразования происходит за 3° до ВМТ, сразу после открытия дросселя зажигание стало раньше, а затем позже. Эту зависимость отражает график УОЗ. Абсцисса этого графика – начало рабочего хода соответствующего цилиндра, ордината – значение УОЗ.
Рассмотрим, какие практические задачи по диагностике можно решать, используя диагностический комплекс Visual.
В начале рассмотрим, что происходит в двигателе в момент резкого открытия дроссельной заслонки.
к.т.н. А.В. Александров, к.т.н. И.А. Долгов
| Научные изыскания |
В статье «Мобильный комплекс для регистрации и обработки параметров работы автомобильного двигателя», опубликованной в No 2 за 2017 год [1], сообщалось о разработке в лаборатории двигателей МАДИ датчиков для индицирования ДВС и о порядке обработки индикаторных диаграмм.
И.А. Долгов, к.т.н. / А.В. Александров, к.т.н., ст. преп. Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
В статье рассматриваются проблемы индицирования автомобильного двигателя в движении и программно-аппаратный мобильный диагностический комплекс, позволяющий это осуществлять. Анализируются задачи, для решения которых актуально индицирование автомобиля в движении.
В предыдущей статье – «Актуальность индицирования ДВС» №5/2016 – сообщалось, что наше подразделение ведет работы по созданию комплекса для регистрации и обработки параметров работы ДВС. Так как процесс сгорания представляет особенный интерес, в состав комплекса должны входить датчики для индицирования, их разработкой мы сейчас также занимаемся. При подготовке к изданию первой статьи, высказывались пожелания поподробнее рассказать об оборудовании, которое использовалось для получения материала и его работе.
Индицирование – измерение давления газов в цилиндрах двигателя в процессе его работы – основной метод контроля протекания сгорания в двигателе. С развитием технических средств развивались и методы индицирования.