Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Диагностика автомобилей. Теория, методы, практика

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 5.325 RSS
←   Март 2011   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://autodiagnos.com.ua
Открыта: 09-11-2002

Автор
Алексей

Статистика

5.325 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Диагностика по сигналу датчика частоты вращения коленвала с помощью USB Autoscope


Диагностика по сигналу датчика частоты
вращения коленвала с помощью USB Autoscope


Сигнал датчика частоты вращения / положения коленвала содержит большое количество информации о работе двигателя. В процессе работы каждый из цилиндров двигателя «подталкивает» коленчатый вал, за счёт чего коленвал кратковременно ускоряется после прохождения точек ВМТ 0 каждого из цилиндров. Если топливо в цилиндре не воспламенилось – происходит уже не ускорение, а замедление частоты вращения коленвала. Таким образом, об эффективности работы каждого из цилиндров можно судить по ускорению коленвала после точек ВМТ 0 соответствующих цилиндров.

Даже тогда, когда блок управления двигателем непрерывно регулирует частоту вращения коленвала при работе двигателя на холостом ходу с целью поддержания оборотов в заданном диапазоне – толчки от работающих цилиндров присутствуют, а от неработающих отсутствуют.

Сигнал от датчика коленвала совместно с сигналом о моменте искрообразования в 1-м цилиндре содержит в себе информацию о значительном количество параметров двигателя. Анализ этих сигналов позволяет:

  • оценить статическую и динамическую компрессию для каждого из цилиндров;
  • выявить неисправности в системе зажигания;
  • оценить состояние топливных форсунок;
  • получить характеристику подсистемы опережения зажигания;
  • выявить биение задающего зубчатого диска;
  • выявить пропущенные и согнутые зубья задающего зубчатого диска…

Сигнал от датчика коленвала совместно с сигналом о моменте искрообразования можно записать с помощью USB Autoscope III и проанализировать его при помощи скрипта "CSS" ("CSS" – это аббревиатура от "Crank Shaft speed / position Sensor"; читается как "си-эс-эс").

Скрипт "CSS" способен анализировать сигнал от датчика частоты вращения / положения коленчатого вала двигателя, работающего в паре с задающим зубчатым диском, имеющим любую формулу (60-2, 36-1, 60-2-2, 36-2-2-2 и так далее…) как с пропусками зубьев, так и без пропусков зубьев. Основным требованием является жёсткое крепление зубчатого диска к коленвалу. Привод задающего зубчатого диска через цепную передачу либо через ременную передачу не допускается, поскольку в этом случае происходит значительное сглаживание толчков от коленвала. Полученные результаты анализа тем точнее, чем больше количество зубьев на венце задающего зубчатого диска.

Скрипт "CSS" запрашивает для анализа от пользователя минимальное количество информации – сигнал от датчика коленвала, сигнал о моменте искрообразования в одном из цилиндров, количество и порядок работы цилиндров, значение начального угла опережения зажигания.

Ниже представлено подробное описание результатов анализа, отображаемых во вкладках отчёта скрипта "CSS".



Вкладка "Report".


В первой строке данной вкладки отображается название и версия скрипта анализатора, что позволяет диагносту своевременно обновлять версию скрипта "CSS" на последнюю доступную.

Вкладка ''Report''
Вкладка "Report".

Далее отображаются уже результаты анализа скриптом сигналов:

Количество зубьев на оборот коленвала: – формула задающего зубчатого диска, работающего в паре с датчиком частоты вращения / положения коленчатого вала.
Например, 60-2 означает, что диск размечен под 60 зубьев, два из которых пропущены.
FORD часто применяет задающие зубчатые диски с формулой 36-1;
новые дизельные VOLKSWAGEN – 60-2-2,
SUBARU – 36-2-2-2;
а если снимать сигнал с зубчатого венца маховика, входящего в зацепление с шестерней стартера во время пуска двигателя, то получим, к примеру, 136 зубьев без пропусков;

ВМТ цилиндра 1 совпадает с зубом номер – порядковый номер зуба, начиная от пропуска зубьев. Данный зуб располагается непосредственно напротив датчика частоты вращения / положения коленвала в момент, когда поршень первого цилиндра находится в положении ВМТ 0. Если на зубчатом венце найден пропуск, рассчитывается количество зубьев от пропуска зубьев до ВМТ 0 1-го цилиндра. Первый зуб считается, начиная от пропуска зубьев. Если пропусков зубьев нет, то за первый зуб принимается зуб, располагающийся непосредственно напротив датчика частоты вращения / положения коленвала в момент, когда поршень первого цилиндра находится в положении ВМТ 0. Следует заметить, что точность расчета количества зубьев от пропуска зубьев до ВМТ 0, зависит от точности указанного диагностом значения начального угла опережения зажигания.

Так же в этой вкладке могут выводиться различные подсказки для диагноста и сообщения об ошибках.



Вкладка "Эффективность".


Серый фоновый график отображает мгновенную частоту вращения коленвала. Цветные графики отображают эффективность работы каждого из цилиндров двигателя. Чем выше расположен рассматриваемый участок графика ускорения, тем более сильный «толчок» на этом участке создал цилиндр. Цилиндр, который не работает совсем, создаёт замедление коленвала, вследствие чего соответствующий ему график ускорения располагается ниже чёрной горизонтальной оси.

Вкладка ''Эффективность''
Отключение разъёма от индивидуальной катушки зажигания 4-го цилиндра.

Во время записи данного примера, когда двигатель работал на холостом ходу, был отключен электрический разъём от индивидуальной катушки зажигания 4-го цилиндра, после чего он был повторно подключен. График эффективности 4-го цилиндра при этом опустился ниже чёрной горизонтальной оси.
Далее, при записи данного примера была плавно открыта дроссельная заслонка – при этом, как видно по графикам эффективности, «отдача» от каждого из цилиндров увеличилась. После этого дроссельная заслонка была резко закрыта – «отдача» от всех цилиндров при этом опустилась ниже нуля.
Далее, при записи данного примера была плавно открыта дроссельная заслонка – при этом, как видно по графикам ускорения, «отдача» каждого из цилиндров увеличилась. После этого дроссельная заслонка была резко закрыта – «отдача» от всех цилиндров при этом опустилась ниже нуля. После снижения частоты вращения коленвала, двигатель продолжил работать в режиме холостого хода.
Далее была резко открыта дроссельная заслонка, при этом каждый из цилиндров создавал значительное ускорение коленвала – соответственно, графики эффективности значительно приподнялись.
Когда частота вращения двигателя превысила 3000 RPM, было произведено выключение зажигания, но, обратите на это внимание, при этом дроссельная заслонка продолжала удерживаться в полностью открытом состоянии до тех пор, пока двигатель полностью не остановился. Сразу после выключения зажигания частота вращения коленчатого вала начала снижаться; но ещё какое-то время двигатель вращался по инерции, по-прежнему продолжая «засасывать» в цилиндры воздух и сжимать его. Искра зажигания при этом уже не подавалась. В результате, сжатый в цилиндре воздух после прохождения поршнем точки ВМТ 0 работал подобно пружине, «подталкивая» коленчатый вал. Чем большее количество сжатого воздуха находилось в цилиндре в этот момент – тем более сильный возникал «толчок». Таким образом, рассчитанное ускорение коленчатого вала на данном этапе зависит только от работы механической (пневматической) части двигателя и не зависит ни от состояния системы зажигания, ни от состояния системы подачи топлива.


Следующий пример был записан на карбюраторном двигателе автомобиля ВАЗ 2109 с двигателем объёмом 1.5.

Эффективность работы 3-го цилиндра снижена из-за его негерметичности
Эффективность работы 3-го цилиндра снижена из-за его негерметичности.

Здесь график эффективности 3-го цилиндра при работе двигателя на холостом ходу расположился ниже нулевой линии (ниже горизонтально расположенной линии чёрного цвета), что свидетельствует о значительном снижении эффективности работы этого цилиндра. Другими словами – двигатель «троил».

По последней фазе графиков – во время снижения частоты вращения двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой при выключенном зажигании – видно, что с падением частоты вращения двигателя, график эффективности 3-го цилиндра всё больше отклоняется вниз от графиков других цилиндров. Такой характер отклонения графика ускорения свидетельствует о сниженной компрессии в данном цилиндре. Измерение компрессии при помощи компрессометра классическим способом при прокрутке двигателя стартером дало следующие результаты: 12 Bar, 14 Bar, 7 Bar, 12 Bar (для цилиндров 1, 2, 3 и 4 соответственно).

Обратите внимание на то, что в качестве примера здесь приведён карбюраторный двигатель, и, соответственно, не оснащённый датчиком частоты вращения / положения коленчатого вала. В данном случае сигнал был снят при помощи индукционного датчика, удерживаемого вблизи зубчатого венца маховика, который во время пуска двигателя входит в зацепление с шестерней стартера (датчики частоты вращения индукционного типа часто применяются производителями автомобилей в качестве датчиков частоты вращения / положения коленвала, а так в качестве колёсных датчиков системы ABS). Как уже было сказано выше, скрипт "CSS" способен анализировать сигнал от практически любого датчика частоты, снимающего частоту вращения любого зубчатого колеса, жёстко закреплённого на коленчатом валу диагностируемого двигателя.

Если на последней фазе графиков ускорения (падение частоты вращения двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой при выключенном зажигании) толчки от какого-то из цилиндров меньше чем от других на всём диапазоне частот вращения двигателя, то это свидетельствует, либо о недостаточном наполнении этого цилиндра воздухом, либо о том, что степень сжатия у этого цилиндра снижена (например, из-за согнутого шатуна).

Таким образом, скрипт "CSS" позволяет однозначно выявлять неисправности в механической части двигателя, выявлять в каком конкретном цилиндре присутствует эта неисправность; результаты измерений при этом практически не зависят от состояния системы зажигания и подачи топлива, поскольку на последнем этапе измерений зажигание выключено, и сгорание топлива в цилиндрах не происходит.

Так же, скрипт "CSS" позволяет выявлять непостоянные и сложно диагностируемые неисправности механики двигателя, такие как «подвисающие» клапана, «зажатие» клапанов из-за сильного нагрева двигателя…

Сила создаваемого цилиндром толчка зависит от количества и состава топливовоздушной смеси, от качества искрообразования и от компрессии в данном цилиндре. Здесь важно заметить то, что сравнение силы толчков создаваемых разными цилиндрами во время работы двигателя позволяет сделать вывод об области происхождения неисправности – система зажигания, или система подачи топлива.


Неисправности системы зажигания на эффективность работы цилиндра влияют специфически – в одних режимах работы двигателя цилиндр работает с такой же эффективностью, как и другие цилиндры, а в других режимах работы двигателя цилиндр не работает совсем.

Неисправны индивидуальные катушки зажигания 3-го и 4-го цилиндров
Неисправны индивидуальные катушки зажигания 3-го и 4-го цилиндров.

Данный пример иллюстрирует неисправности в системе зажигания 3-го и 4-го цилиндров. По графикам эффективности жёлтого и зелёного цвета видно, что 3-й и 4-й цилиндры то работают так же как 1-й и 2-й цилиндры, то не работают вообще.

Таким образом, неисправности в системе зажигания приводят к тому, что на разных режимах работы двигателя цилиндр то работает в полную силу, то не работает вовсе. Частичная эффективность работы цилиндра при таких неисправностях не наблюдается (за исключением экзотической неисправности системы зажигания, когда угол опережения зажигания в одном из цилиндров значительно отличается от других цилиндров).

К снижению «отдачи» цилиндра может привести заниженная компрессия, уменьшенное количество топливо-воздушной смеси и неправильный состав топливо-воздушной смеси для данного цилиндра. Этот пример получен на двигателе автомобиля ВАЗ 2115 1.6 8v.

Загрязнены топливные форсунки
Загрязнены топливные форсунки.

Двигатель при работе на холостом ходу «подтраивал», при перегазовках работал неравномерно.
Последняя фаза графиков эффективности (падение частоты вращения двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой при выключенном зажигании) указывает на то, что механическая часть двигателя исправна – при разных оборотах двигателя компрессия и наполнение цилиндров смесью для всех цилиндров одинаковы.
Тот факт, что на разных режимах работы двигателя по графикам эффективности наблюдается не полное, а только частичное падение эффективности работы цилиндров указывает на то, что неисправность находится за пределами области системы зажигания. Получается, что механическая часть исправна, система зажигания исправна, следовательно – причиной неисправности является неправильная работа системы подачи топлива.
В данном случае, измерение производительности топливных форсунок за 30 секунд на измерительном стенде показало следующие результаты:
64 ml для цилиндра №1 – график красного цвета,
80 ml для цилиндра №2 – график синего цвета,
40 ml для цилиндра №3 – график жёлтого цвета,
60 ml для цилиндра №4 – график зелёного цвета.

Таким образом, если последняя фаза графиков ускорения указывает на исправное состояние механической части двигателя, и, при этом, во время работы двигателя в разных режимах наблюдается не «выпадение» цилиндра из работы, а лишь снижение его эффективности по сравнению с другими цилиндрами, то это указывает на неправильную работу системы подачи топлива. Таким методом можно выявлять частичное загрязнение топливных форсунок на ранних стадиях, ещё до того как это станет причиной возникновения пропусков воспламенения, что избавляет диагноста от необоснованного снятия форсунок для проверки на стенде.

Следует заметить, что в случае, если диагностируемый двигатель оснащён двумя свечами зажигания на цилиндр, а искрообразование происходит между электродами только одной из двух свечей — эффективность работы такого цилиндра может снизиться на 10…20%.


Скрипт "CSS" может служить хорошим подспорьем для поиска причин хаотически возникающих пропусков воспламенения, а также при диагностике неравномерно работающего двигателя. Но, следует заметить, что в случаях с полной неработоспособностью цилиндра(ов) скрипт "CSS" не позволяет выявлять область происхождения неисправности – система зажигания, или система подачи топлива. Но, при определенной сноровке, даже в таком случае можно выявить полностью забитую форсунку: если на работающем двигателе во время записи сигнала с датчика коленвала впрыснуть дополнительную порцию топлива во впускной коллектор, то цилиндр, обслуживаемый «забитой» топливной форсункой, заработает, что отразится на соответствующем ему графике ускорения.

Впрыскивание нескольких дополнительных порций топлива во впускной коллектор двигателя с сильно загрязнёнными топливными форсунками
Впрыскивание нескольких дополнительных порций топлива во впускной
коллектор двигателя с сильно загрязнёнными топливными форсунками.

Подача дополнительного количества топлива обеспечивала воспламенение смеси в обслуживаемых сильно «забитыми» форсунками цилиндрах, и в этот момент эффективность их работы возрастала.



Вкладка "Опережение".


Скрипт "CSS" рассчитывает углы опережения зажигания, и отображает полученные результаты в графическом виде во вкладке "Опережение".

Вкладка ''Опережение''
Вкладка "Опережение".

Здесь показана диаграмма зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения двигателя и от нагрузки на двигатель, полученная на двигателе автомобиля Лада Калина. По данной диаграмме видно, что при максимальной нагрузке на двигатель (график красного цвета) по мере увеличения оборотов угол опережения зажигания увеличивается. Так же видно, что угол опережения зажигания при средних нагрузках (графики зелёного цвета) больше чем угол опережения зажигания при максимальных нагрузках (график красного цвета).


Следующий пример получен на карбюраторном двигателе автомобиля ВАЗ 2109.

Отсутствует коррекция угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала
Отсутствует коррекция угла опережения зажигания
в зависимости от частоты вращения коленвала двигателя.

Здесь не работают грузики центробежного механизма регулирования угла опережения зажигания – с увеличением частоты вращения двигателя угол опережения зажигания не растёт. Механизм вакуумной коррекции угла опережения зажигания работает исправно.

Данная вкладка аналогична диаграмме, которую строит скрипт "Px". Но, здесь следует обратить внимание на то, что скрипт "Px" рассчитывает абсолютные значения угла опережения зажигания. То есть, если скрипт "Px" рассчитал значение угла опережения зажигания равное 10 – значит это точно 10. В отличие от скрипта "Px", скрипт "CSS" рассчитывает значения угла опережения зажигания относительно указанного диагностом значения начального угла опережения зажигания. То есть, рассчитанные скриптом "CSS" значения углов опережения зажигания относительны. Поэтому, установку начального угла опережения зажигания по данной диаграмме проводить нельзя. Во вкладке "Опережение" отчёта скрипта "CSS" горизонтальная ось, отмечающая уровень соответствующий углу опережения зажигания 0, показана серым цветом с тем, чтобы диагност помнил о том, что это не есть позиция абсолютная и зависит от значения начального угла опережения зажигания, которое сам же диагност и указал при запуске скрипта "CSS". Над этой осью дополнительно отображается ещё одна горизонтальная ось серого цвета, отмечающая, собственно, указанное диагностом значение начального угла опережения зажигания.

Но, не смотря на то, что построенная скриптом "CSS" диаграмма зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения двигателя и от нагрузки на двигатель относительна, форма этой диаграммы отображается правильно. То есть, негерметичность диафрагмы механизма вакуумной коррекции угла опережения зажигания и / или неправильная работа центробежного механизма регулирования угла опережения зажигания легко диагностируются по диаграмме во вкладке "Отн. опережение".



Вкладка "Зубчатый диск".


Скрипт "CSS" автоматически определяет количество зубьев и пропусков на задающем зубчатом диске, их расположение относительно точки ВМТ 0
1-го цилиндра, и отображает во вкладке "Зубчатый диск" графики, отражающие характеристики задающего зубчатого диска и датчика частоты вращения / положения коленчатого вала.

Данный пример снят с «инжекторного» двигателя автомобиля ВАЗ 2107
Данный пример снят с «инжекторного» двигателя автомобиля ВАЗ 2107.

График чёрного цвета отображает наличие / отсутствие зубьев. В данном случае, за 120 до ВМТ 0 находится пропуск 2-х зубьев.

График красного цвета отображает отклонение шага между зубьями. Если зуб деформирован (согнут / сломан), например, вследствие фиксации коленвала методом заклинивания задающего зубчатого диска при помощи монтировки вследствие чего шаг между зубьями изменился более чем на 2%, то соответствующий фрагмент графика выходит за пределы осей розового цвета.

Зубья задающего диска деформированы
Зубья задающего диска деформированы.

На некоторых двигателях, участки сигнала от датчика частоты вращения / положения коленвала, формируемые прилегающими к пропуску зубьями, несколько искажены и смещены. В результате, соответствующий участок графика красного цвета искажается (смотрите иллюстрацию выше). Это является следствием конструктивных особенностей задающего зубчатого диска и датчика частоты вращения / положения коленчатого вала и не свидетельствует о неисправности.

На 1-но, 2-х и 4-х цилиндровых двигателях наблюдается «овальность» графика красного цвета. Это результат одновременной полной остановки поршней всех цилиндров в мертвых точках. В этот момент вся кинетическая энергия накоплена в маховике и коленвале. Из-за этого, даже без нагрузки на двигатель коленвал вращается с «толчками», что распознаётся скриптом "CSS" как небольшое отклонение позиции зубьев. Для 3-х, 5-ти, 6-ти и более цилиндровых моторов – характер вращения коленвала более равномерен.


График зелёного цвета отображает силу сигнала от датчика частоты вращения / положения коленвала, в независимости от частоты вращения коленчатого вала. Рассчитанная сила сигнала зависит от устройства датчика, от устройства задающего зубчатого диска, и от расстояния между датчиком и венцом задающего диска. Если график зелёного цвета расположен внутри графика чёрного цвета, то это может указывать на то, что установлен слишком большой зазор между датчиком и задающим диском.

Форма графика зелёного цвета наглядно отображает биение задающего зубчатого диска

Биение задающего зубчатого диска
Биение задающего зубчатого диска.


Данный пример снят с двигателя автомобиля Alfa Romeo 146 1.4 Twin Spark.

Данный пример снят с двигателя автомобиля Alfa Romeo 146 1.4 Twin Spark
Данный пример снят с двигателя автомобиля Alfa Romeo 146 1.4 Twin Spark.

Здесь сигнал от датчика относительно мощный. Точность нарезки зубьев – низкая, вследствие чего шаг между зубьями «гуляет» в пределах ±2%. Пропуск зубьев здесь расположен ближе к ВМТ.


Следует отметить, что графики во вкладке "Зубчатый диск" отображают только постоянные неисправности, связанные с задающим зубчатым диском. Если сигнал от датчика частоты вращения / положения коленвала искажается кратковременно, то это отражается только в виде искажений графика мгновенной частоты вращения двигателя во вкладке "Эффективность".

Искажения графика мгновенной частоты вращения двигателя из-за ненадёжного контакта в разъеме
Искажения графика мгновенной частоты вращения
двигателя из-за ненадёжного контакта в разъеме.

Здесь сигнал от датчика частоты вращения коленчатого вала искажён из-за ненадёжного контакта в разъеме.

Искажения сигнала от датчика частоты вращения / положения коленчатого вала из-за ненадёжного контакта в разъеме
Искажения сигнала от датчика частоты вращения / положения
коленчатого вала из-за ненадёжного контакта в разъеме.



Диагностика дизельного двигателя.

Скрипт "CSS" применим и для диагностики дизельного двигателя, что достаточно актуально, так как далеко не все системы управления дизельными двигателями позволяют выводить через сканер информацию об эффективности работы каждого цилиндра; а те из них, которые позволяют просмотреть подобного рода информацию, в большинстве случаев выводят только данные о величине поцилиндровой коррекции топливоподачи, связанной со стабилизацией частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.

При работе с дизельным двигателем приходится задействовать различные способы синхронизации. В тех системах управления двигателем, где присутствует датчик движения иглы форсунки, удобно синхронизироваться по сигналу от этого датчика. Если же этот датчик встроен в форсунку 3-го цилиндра, то для четырехцилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1342 следует указывать порядок 3421, то есть, следует указывать порядок работы цилиндров начиная с номера того цилиндра, по которому осуществляется синхронизация.

Для систем впрыска дизельного топлива Common Rail и систем
с насос-форсунками, для синхронизации удобно применять токовые клещи
с чувствительностью 100 mV/A (клещи устанавливаются на один из электрических проводов, по которым осуществляется управление электромагнитным / пьезо клапаном
форсунки / насос-форсунки / индивидуального ТНВД). В этом случае, скрипт "CSS" автоматически синхронизируется по сигналу основного впрыска, игнорируя предварительный впрыск топлива и дополнительный впрыск топлива за счёт того, что продолжительность основного впрыска топлива значительно больше чем продолжительность предвпрыска.

Данный пример снят с двигателя 1.9 dci автомобиля Renault Trafic
2003-го года выпуска.

Renault Trafic 1.9 dci 2003. Согнут шатун в 3-м цилиндре
Renault Trafic 1.9 dci 2003. Согнут шатун в 3-м цилиндре.

Здесь в из-за гидроудара согнулся шатун 3-го цилиндра, и, соответственно, в этом цилиндре снизилась степень сжатия. Как следствие, 3-й цилиндр
не работал нормально.

При диагностике дизелей предыдущих поколений, в качестве синхронизирующего сигнала можно использовать сигнал от специального пьезодатчика, устанавливаемого на топливопровод форсунки.


Андрей Шульгин
В избранное