Діагностичні параметри датчиків та виконавчих пристроїв

Процес діагностування периферійних пристроїв системи керування (датчиків та виконавчих пристроїв) полягає у порівнянні значень діагностичних параметрів, що вимірюються на їхніх виводах, з паспортними (довідковими) даними. Перевірка параметрів елементів системи виконується в їх робочому (підключеному) стані на борту автомобіля, або в знятому (відключеному) з автомобіля стані. В першому випадку встановлюється факт наявності несправності елемента, в другому – підтверджується діагноз та локалізується місце пошкодження (Табл. 1).

Таблиця 1 Програмні втручання системи самодіагностики при виникненні несправностей

Несправності в колах датчиків	Операції резервування ССД
ДД – обриви та замикання сигнального проводу	ЕБК переводить ДВЗ на аварійний режим з безпечними кутами запалювання
ДТОР – обриви та замикання сигнального проводу	ЕБК заміщує сигнал датчика на сигнал, який підраховується за часом роботи ДВЗ. Інформація про сигнал зберігається у пам`яті ЕБК
ДМВП – обриви та замикання сигнального проводу або провідників живлення	ЕБК заміщує сигнал датчика на сигнал, що формується на основі сигналів ДПКВ та ДПДЗ
ДПДЗ – обриви та замикання сигнального проводу, тривала нерухомість датчика (роз`єднання приводу датчика)	ЕБК заміщує сигнал датчика на сигнал, що формується на основі сигналів ДПКВ та ДМВП
ДПКВ – обриви та замикання сигнальних проводів, порушення екраніровки проводів (кількість імпульсів на оборот колінчастого валу перевищує 58)	ЕБК зупиняє двигун або переводить його на фіксовану частоту обертання
ДША – обриви та замикання сигнального проводу або провідників живлення	ЕБК ігнорує сигнал датчика та повідомляє водія (лампа СЕ) без зупинки двигуна

Дамо характеристику датчиків системи Motronic за класифікаційними ознаками та визначимо їх параметри, які приймаються за діагностичні.

Датчик положення колінчастого валу (ДПКВ) індукційного типу, активізується за рахунок обертання зубчастого вимірювального (задаючого) диска. Вимірювальний диск з магнітопровідного матеріалу конструктивно поєднаний зі шківом приводу генератора. Датчик встановлено на кришці масляного насоса на відстані D=1± 0,2 мм від зубців диска. Зубчастий поділ складає шість градусів (60 зубців), два зубці відсутні. Така конструкція диска дозволяє отримати на виході датчика 58 імпульсів знакозмінної напруги на один оберт колінчастого валу (сигнал кутового положення) та зареєструвати подвійний період сигналу при проходженні зони диска з відсутніми зубцями (синхронізуючий сигнал початку відліку). Таким чином ДПКВ утворює два інформаційні сигнали (рис. 1,а). Частота та амплітуда імпульсів сигналу датчика пропорційні частоті обертання колінчастого валу та в швидкісному діапазон6і двигуна n=600 – 6000 хв^-1 відповідно дорівнюють f=30 – 300 Гц, U=0,6 – 6,0 В. Опір обмотки датчика у відключеному стані складає R=550 – 750 Ом. Сигнальні проводи підключення диференційного виходу датчика до ЕБК – екрановані з метою захищення від зовнішніх електромагнітних перешкод. У деяких системах керування в якості ДПКВ застосовуються оптичні (фотоелектричні) датчики або датчики на базі цифрових мікросхем Холла.

Датчик детонації (ДД) – п’єзоелектричний (безпосереднього перетворення), встановлений у верхній частині блоку циліндрів. При вібраціях двигуна датчик генерує сигнал (рис. 1, б), рівень напруги якого підвищується під час детонаційних процесів. Перевірка датчика виконується за допомогою осцилографа або вольтметра змінного струму. Напруга, яка вимірюється вольтметром на виводі датчика відносно корпуса, має складати U_C=1 – 3 В при наявності детонації або її імітації (постукати металевим інструментом по блоку циліндрів). Амплітудні значення напруги сигналу (при вимірюваннях осцилографом) не повинні перевищувати U_C < 10 В при детонаційних процесах і складати не менш як U_C > 1 В при нормальній роботі двигуна. У пасивному режимі (стані) опір датчика складає R_Д=3300 – 4500 Ом.

а

б

Рис.1. Осцилограми напруг сигналів датчиків: а – положення колінчастого валу; б – детонації

Датчик концентрації кисню (ДКК) електрохімічного принципу дії (хімічне джерело струму) застосовується у системах упорскування зі зворотним зв’язком. Датчик встановлюється на прийомній трубі глушника, може мати вмонтований підігрівач для активізації електрохімічної реакції. Сигнал датчика параметрується рівнем напруги на його виході, який залежить від парціального тиску кисню у відпрацьованих газах. Коли ДВЗ працює на збагаченій суміші (α < 1) на виході датчика утворюється напруга високого рівня U= 0,7 – 1,0 В. При переході на збіднену суміш (α > 1), коли парціальний тиск кисню підвищується, вихідна напруга датчика значно зменшується U = 0,05 – 0,1 В. Така різка зміна рівня напруги (рис. 2) дозволяє реєструвати стахіометричний склад суміші. У деяких системах керування можуть застосовуватися ДКК хіміко-резистивний або термоелектричного принципу дії. Перевірка датчика виконується на борту автомобіля при працюючому двигуні, або за допомогою тестерів λ-характеристик. Опір нагрівального елементу датчика у холодному стані складає R = 14 – 32 Ом.

Рис.2. Перехідна характеристика датчика концентрації кисню

Датчик масової витрати повітря (ДМВП) – термоанемометричний (не прямого перетворення), мембранного типу з аналоговим вихідним сигналом. Розташований між повітряним фільтром і шлангом впускної труби. Датчик містить терморезистори і нагрівальний елемент, які створюють вимірювальний міст та диференційний підсилювач напруги розбалансу моста.

Підключення датчика здійснюється за допомогою п’ятививідного рознімання (рис. 3), на виводах якого вимірюються такі параметри: вивід 1 – незадіяний; вивід 2 – напруга бортової мережі U_Б=10,2 – 14,6 В для живлення нагрівача; вивід 3 – маса; вивід 4 – напруга живлення вимірювальної частини датчика U_Д = 9,0 В (забезпечується стабілізатором ЕБК); вивід 5 – вихідна напруга сигналу датчика U_С =0,9 – 1,1 В (при непрацюючому ДВЗ).

Модуль запалювання А – сигнал запалювання 1, 4-го циліндрів (U_c = 1..4В) В – сигнал запалювання 2, 3-го циліндрів С – маса (загальний «–») D – напруга живлення (U = +12В)

Датчик масової витрати повітря 1 – нездійснений (резерв) 2 – напруга живлення (U = +12В) 3 – маса (загальний «–») 4 – напруга живлення датчиків (U = +5 В) 5 – вихідний сигнал датчика U_c

Діагностичне рознімання А – маса (загальний «–») В – коло L-канала діагностики G – сигнал ввімкнення паливного насоса М – коло К-канала діагностики

Кроковий двигун РНХ А – сигнал низького рівня першої обмотки В – сигнал високого рівня першої обмотки С – сигнал низького рівня другої обмотки D – сигнал високого рівня другої обмотки

Датчик швидкості автомобіля 1 – напруга живлення (U = +12 В) 2 – вихідний сигнал датчика 3 – маса (загальний «–»)

Рис.3. Цокольовка та призначення виводів електричних рознімань елементів системи керування ДВЗ

Слід зауважити, що напруга U_С формується диференційним способом від напруги на виході підсилювача датчика та опорної напруги ЕБК. Тому при відключенні виводу 5 від датчика на проводі вимірюється опорна напруга U_О = 5,0 В. У «холодному» стані ДМВП можна продіагностувати за допомогою карти опорів (табл. 2).

Таблиця 2 Карта опорів датчика масової витрати повітря типу РВТ-GF 30 фірми BOSCH

Електричне коло	Вимірювання між виводами	Значення опору, Ом
Нагрівальний елемент

	R2,3 = R3,2	4.5 ∙103
Вихід підсилювача	R3,5 = R5,3 R4,5 = R5,4	2.4∙103 ∞
Живлення вимірювальної частини	R3,4 R4,3	14∙106 ∞

В системах Motronic можуть застосовуватися термоанемометричні масметри з платиновим чутливим елементом, які формують аналоговий (зміню

ється рівень напруги) або імпульсний (змінюється частота імпульсів фіксованої амплітуди) вихідний сигнал. В менш досконалих системах керування замість масметрів використовуються потенціометричні витратоміри повітря з повітряною заслінкою або електродинамічні (тахометричні) витратоміри лопатного (турбінного) типу. В перспективних системах застосовуються вихрові інфрачервоні масметри повітря.

Датчик температури охолоджуючої рідини (ДТОР) виконаний на базі термістора з від’ємним температурним коефіцієнтом опору (безпосереднього перетворення); встановлений у випускному патрубці на голівці циліндрів. Живлення датчика здійснюється від стабілізатора напруги. ЕБК (U_О = 5,0 В) через обмежуючий резистор. Таким чином, опір датчика є вимірювальним плечем подільника напруги, на якому формується напруга вихідного сигналу U_С = 0,4 – 4,9 В залежно від температури двигуна. В знятому стані датчик перевіряється за температурною характеристикою (табл.3).

В більш складних системах керування додатково використовуються термісторні датчики температури повітря, палива, мастила, відпрацьованих газів. Діагностичні параметри таких датчиків аналогічні параметрам ДТОР.

Датчик положення дросельної заслінки (ДПДЗ) потенціметричний (безпосереднього перетворення) поворотного типу, встановлений збоку на дросельному патрубці, механічно пов’язаний з віссю дросельної заслінки. Датчик підключається через трьохвивідне рознімання.

Таблиця 3 Температурна характеристика ДТОР

Температура 0С	Опір, Ом	Температура 0С	Опір, Ом	Температура 0С	Опір, Ом	Температура 0С	Опір, Ом
100	177	45	1188	15	4450	-15	21450
90	241	40	1459	10	5670	-20	28680
80	332	35	1802	5	7280	-30	52700
70	467	30	2238	0	9420	-40	100700
60	667	25	2796	-4	12300
50	973	20	3520	-10	16180

До виводу «А» підводиться напруга живлення датчиків U_C = 5 В, до виводу «В» підключається маса, з виводу «С» знімається напруга сигналу U_C = 0,3 – 4,6 В. Граничні значення напруги відповідають зачиненому (0% відкриття) і повністю відчиненому (100% відкриття) стану дросельної заслінки. Опір датчика між крайніми виводами «А» і «В» у відключеному стані дорівнює R_АВ =2 кОм, а між виводами «В» і «С» змінюється у діапазоні R_ВС =0,7 – 1,4 кОм. В деяких системах керування ДВЗ застосовуються ДПДЗ оптоелектронного типу з кодуючим диском.

Датчик швидкості руху автомобіля (ДША) побудований на базі цифрової мікросхеми Холла, встановлений на приводі спідометра коробки передач. Сигнал датчика має оцифровані (фіксовані) значення амплітуди U_А = 10 В і шпаруватості імпульсів q=20 %. Частота надходження імпульсів сигналу пропорційна швидкості обертання ведучих коліс (6 імпульсів на 1м руху автомобіля). Датчик підключається через трьох вивідне рознімання. На вивід 1 рознімання подається напруга бортової мережі U_Б = 10,2 – 14,4 В, до виводу 3 під’єднується маса, з виводу 2 знімається вихідний сигнал. Цокольовка рознімання датчика наведена на рис. 4.

Якщо автомобіль не рухається, то напруга на виводі 2 має постійне значення (U_C = 0,4 В або 10 В). При русі автомобіля середнє значення напруги складає U_C = 3 – 5 В. Вихідний каскад мікросхеми Холла виконано за схемою з відчиненим колектором. Тому при відключенні сигнального проводу на виході датчика (вивід 2) сигнал спостерігатися не буде. Для перевірки датчика за допомогою вольтметра постійного струму необхідно від’єднати провід від виводу 2 рознімання датчика; підключити резистор опором R = 5 – 10 кОм між виводами 1 і 2; підключити вольтметр до виводів 2 і 3. У відключеному стані опір між будь-якими виводами ДША має бути практично нескінченним. У деяких попередніх варіантах систем керування застосовувалися ДША з язичковим перемикачем або датчик індукційного типу.

Датчик фаз (датчик ідентифікації першого циліндра), який використовується у системах з послідовним (фазованим) упорскуванням палива, також побудовано на базі цифрової мікросхеми Холла. Датчик розташований з лівого боку голівки циліндрів, а задаючий диск датчика – на шківі випускного розподільного валу. Диск має один активізуючий сектор (прорізь), момент проходження якого через паз датчика відповідає моменту проходження поршнем першого циліндру верхньої мертвої точки (ВМТ). Перевірка датчика виконується аналогічно перевірці ДША.

СО-потенціометр являє собою резистор змінного опору, за допомогою якого встановлюються рівень опорної напруги, що визначає співвідношення паливно-повітряної суміші на обертах неробочого ходу двигуна (функція гвинта якості суміші в карбюраторах). Розташований у моторному відсіці на передній панелі коробки притоку повітря. Двохвивідне рознімання підключає потенціометр до ЕБК. Зміна опору потенціометра спричинює зміну напруги на його потенціальному виводі в межах U_C=1 – 4,6 В. Опір СО-потенціометра у відключеному стані дорівнює R =500 – 1000 Ом.

Безпосередньо до виходів ЕБК підключаються модуль запалювання (МЗ), паливні форсунки (ПФ), регулятор неробочого ходу (РНХ), виконавчі реле (контактори) керування паливним насосом, вентилятором системи охолодження, живленням системи (головне реле). До виконавчих пристроїв, які непрямо підключені до ЕБК слід віднести високовольтні проводи; свічки запалювання; електродвигун паливного насоса; електродвигун вентилятора системи охолодження.

Модуль запалювання, на якому реалізовано статистичний розподіл вторинної напруги системи запалювання з неробочою іскрою, перевіряється за допомогою тестера запалювання або шляхом випробування на борту автомобіля («гаряча» перевірка). На входи МЗ подаються сигнали керування запалюванням по двом каналам (1,4 та 2,3 циліндри) у вигляді прямокутних імпульсів з середньою напругою U_C = 1,0 – 4,0 В. На високовольтних виходах МЗ утворюється напруга, імпульсне значення якої має складати не менш за U_З ≥ 22000 В (перевіряється візуально по іскроутворенню на розрядниках тестера запалювання). У відключеному стані («холодна» перевірка) МЗ можна продіагностувати за допомогою омметра (мультиметра), користуючись картою опорів (табл. 4). Цокольовка та призначення виводів рознімання МЗ наведено на рис. 5. Слід зауважити, що підтвердження справного стану МЗ отримується тільки на основі результатів його випробувань у робочому режимі («гарячому» стані).

Високовольтні проводи підключення свічок запалювання до МЗ мають розподілений опір (технологія виготовлення з розподіленим резистором). Питомий опір таких проводів складає R = 1 – 25 кОм/м залежнос від марки проводу.

У свічок запалювання перевіряється робочий зазор Δ=0,7 – 0,85 мм та опір вмонтованого подавляючого резистора R_П=4 – 10 кОм. Іноді в колбочках свічок теж встановлюються подавляючі резистори такого ж рівня.

Таблиця 5 Карта опорів модуля запалювання типу 42.3705

Електричне коло	Вимірювання між виводами	Значення опору, Ом
Вторинна обмотка котушки запалювання 1 і 4-го циліндрів	R1,4 = R4,1 R1,С = R4,С R1,D = R4,D	6∙103 ∞ ∞
Вторинна обмотка котушки запалювання 2 і 3-го циліндрів	R2,3 = R3,2 R2,С = R3,С R2,D = R3,D	6∙103 ∞ ∞
Керування запалюванням	RB,C = RA,C RC,B = RC,A RB,D = RA,D RD,B = RD,A	∞ 840∙103 ∞ 780∙103
Первинні обмотки котушок запалювання	RD,С = RС,D	∞

Паливні форсунки перевіряються на баланс, якість розпилу, продуктивність та герметичність за допомогою тестера форсунок. Продуктивність робочої форсунки має складати 180 см³/хв., кут розпилу палива А=30^о , під тиском палива Р=2,5 кгс/см². Герметичність форсунки визначається за витоком палива із зачиненої форсунки під тиском Р=3,5 кгс/см² , і цей виток не повинен перевищувати одну краплю на хвилину. При локалізації пошкоджень електричного кола форсунки, перевіряється опір її обмотки та відсутність замикання обмотки на корпус (масу). Опір справної форсунки порівнюється з паспортними даними та зазвичай складає R = 10 – 20 Ом залежно від типу. В пускових форсунках перевіряються такі ж параметри, як і у робочих.

Регулятор неробочого ходу являє собою двохполюсний кроковий електродвигун, який керується послідовністю прямокутних імпульсів напруги. У «гарячому» стані перевіряється за допомогою спеціального тестеру або шляхом випробувань на борту автомобіля. У відключеному стані перевірці підлягає опір обмоток, який має складати R = 40 – 60 Ом, відсутність замикання обмоток між собою та відсутність замикання обмоток на корпус (масу).

Діагностичними параметрами виконавчих реле є напруга спрацьовування U_C=5 – 6 В; напруга повернення U_П=3 – 3 В; опір обмотки R=40 – 80 Ом залежно від типу та призначення реле; падіння напруги на контактному опорі ∆U = 0,01 – 0,1 В. Перевірка реле виконується традиційним способом або шляхом випробувань на борту автомобіля.

Електродвигуни паливного насоса та вентилятора системи охолодження перевіряються шляхом випробувань на борту автомобіля. При автономному діагностуванні за діагностичні параметри приймаються частота обертання та струм, що споживається електродвигуном у номінальному режимі. Для паливного насоса перевіряється тиск, який утворюється в зачиненій магістралі і має бути у межах Р=2,8 – 4,2 кгс/см² . Продуктивність паливного насоса має бути не менш за 1,9 л/хв.

До числа виконавчих пристроїв, які застосовуються в більш складних системах керування ДВЗ, слід додати: нагрівальні елементи (корпуса дросельної заслінки, впускного колектора); електромагнітні клапани (вугільного фільтра, системи рециркуляції газів).