Средства диагностирования системы электрооборудования двигателей

Для поиска и предупреждения отказов на СТО применяются специализированные и переносные средства технического диагностирования, в том числе стенды и приборы для диагностирования системы электрооборудования, газоанализаторы, а также специализированные приборы для проверки состояния кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем питания, охлаждения, смазочной системы.

Методы диагностирования этих систем и механизмов классифицируются на комплексные (функциональные) и поэлементные. Первая группа позволяет оценить общее техническое состояние диагностируемого объекта. Диагностирование здесь осуществляется по тягово-экономическим параметрам (мощность, крутящий момент, расход топлива), шумам и стукам, составу отработавших газов.

Вторая группа позволяет осуществлять поиск и локализацию источника неисправности; диагностирование производится по более широкой номенклатуре диагностических параметров, в том числе по выходным параметрам периодически повторяющихся процессов, виброакустическим параметрам, по герметичности рабочих объемов, давлению, производительности, температуре и др.

Средства диагностирования электрооборудования (мотор-тестеры) классифицируются по типу на переносные и стационарные; по питанию — от аккумуляторной батареи автомобиля и от внешней сети; по индикации — на аналоговую, цифровую, комбинированную, параллельную, а также с индикацией на экраны осциллоскопов и дисплей.

Условно все средства диагностирования системы электрооборудования могут быть разбиты на три группы: стационарные и передвижные стенды, в том числе с ЭВМ, обеспечивающие, как правило, измерение свыше восьми параметров; переносные приборы, обеспечивающие измерение 5...8, а иногда и более параметров; простейшие переносные приборы, измеряющие до пяти параметров. Значительное число приборов третьей группы освоено отечественной промышленностью.


Современные средства диагностирования системы электрооборудования (табл. 2.5) и зажигания двигателей позволяют проводить диагностирование автомобилей, оснащенных и не оснащенных системой встроенных датчиков и контрольных точек (СВД и КТ). При этом большинство из них позволяет работать с различными типами СВД и КТ, имеющими от одного до трех встроенных датчиков, различное количество контрольных точек, разные типы штекерных разъемов и разные типы встроенных датчиков. Для этого средства диагностирования при наличии штекерного разъема укомплектовываются дополнительно стробоскопом, навесными датчиками первого цилиндра и высокого напряжения, а также набором переходников для подключения к различным типам штекерных разъемов автомобилей.

2.5. Средства диагностирования системы электрооборудования

Основными составляющими рассматриваемых средств диагностирования являются осциллоскоп, тахометр, устройство для измерения снижения частоты вращения коленчатого вала при отключении отдельных цилиндров, измерители углов опережения зажигания и замкнутого состояния контактов прерывателя-распределителя зажигания, авометр.


На стационарные и передвижные стенды в большинстве случаев устанавливаются манометры, вакуумметры, газоанализаторы. Перечисленные измерители позволяют не только проверить состояние систем, но и осуществить их регулировки.

Конструктивное исполнение и принципы действия осциллоскопа, авометра, манометра и вакуумметра практически не отличаются от обычных серийных измерителей. Осциллоскоп представляет собой устройство для наблюдения характеристики систем зажигания. Все фазы цикла зажигания наблюдаются в тот период, когда они проходят в работающем двигателе, что позволяет точно установить факторы, действующие на систему зажигания.

Большинство элементов управления и регулировки на осциллоскопе предназначено для предварительной настройки. Элементы управления и регулировки осциллоскопа не оказывают никакого влияния на форму сигнала зажигания, кроме настройки предельной величины, яркости фокусировки и т. п. Элементы управления позволяют оператору простым способом представить сигнал в удобном для него виде. Для умелого обращения с осциллоскопом необходимо правильно расшифровать форму сигнала.

С помощью осциллоскопа можно наблюдать изображения сигналов как в первичной, так и во вторичной цепях зажигания. Для наблюдения сигнала в первичной цепи к распределителю и к зажимам катушки со стороны распределителя присоединяют датчик первичной цепи. Для наблюдения сигнала во вторичной цепи к зажиму катушки подсоединяют датчик вторичной цепи.

Экраны осциллоскопов размечены в киловольтах. Измерение высокого напряжения проводится, как правило, в двух диапазонах — 20 и 40 кВ (или 15 и 30 кВ).


По изображениям первичных сигналов проводят испытания системы зажигания, когда невозможно подключиться ко вторичной цепи. По ним наблюдаются состояние контактов и работа транзисторных систем зажигания, выбирается наиболее четкий сигнал, представляющий собой момент задержки по усмотрению оператора. Каждый участок сигнала представляет собой отдельную фазу работы системы зажигания.

Для облегчения расшифровки и анализа изображение вторичного напряжения на осциллоскопе делится на четыре характерных участка (рис. 2.8, а). Между изображениями сигналов первичной и вторичной цепей имеется сходство, но напряжение, характеризующее первичные цепи, значительно ниже напряжения вторичных цепей; это определяется соотношением первичной и вторичной обмоток катушки. Осциллограмма первичного (рис. 2.8, б) напряжения имеет те же четыре основных участка, что и осциллограмма напряжения вторичной цепи.




Поскольку любое изменение напряжения в первичной цепи сиетемы зажигания отразится на вторичной, то при полных испытаниях системы зажигания не всегда требуется получение изображения сигнала первичной цепи.

Изображение сигнала (напряжения) на осциллоскопе дается в зависимости от времени. Вертикальная часть развертки представляет собой напряжение одной полярности, когда изображение располагается выше нулевой линии, и противоположной полярности, когда изображение находится ниже нулевой линии. Полная амплитуда сигнала представляет собой напряжение переменного тока. Это напряжение может быть измерено по вертикальной разметке экрана.

Горизонтальная развертка представляет собой время, выраженное в градусах поворота распределительного вала. Например, если испытывается система зажигания четырехцилиндрового двигателя, то за каждый оборот распределительного вала система совершает четыре цикла зажигания. Разделив 360 град на 4, получим, что на каждый цикл зажигания приходится 90 град поворота распределителя зажигания. Если развертка осциллоскопа нанесена таким образом, что один полный цикл начинается при нуле и заканчивается при 90 град на шкале выдержки экрана осциллоскопа, то любой участок изображения может быть измерен в градусах поворота распределительного вала.

Осциллоскопы обеспечивают возможность получения наложенного и растрового изображений. Наложенное изображение получается при одновременном отражении сигналов, снимаемых со всех цилиндров. Такое наложение обеспечивает проверку идентичности срабатывания системы зажигания всех цилиндров. Растягивая изображение по горизонтали (чтобы оно заполнило все пространство между двумя вертикальными контрольными линиями на экране), можно быстро определить отклонения в основных изображениях.

Растровое изображение позволяет проверить каждый цилиндр в отдельности, наблюдая за всеми цилиндрами одновременно. При растровом изображении используется вертикальный размер экрана осциллоскопа; сигналы циклов зажигания каждого цилиндра располагаются один над другим. Это позволяет представить на экране осциллоскопа изображения отдельных циклов зажигания с мельчайшими подробностями и в то же время дает возможность крупным планом показать все циклы зажигания в двигателе одновременно.

Частоту вращения коленчатого вала можно измерить электрическим тахометром, определяя частоту следования импульсов первичного тока. Импульсы первичного тока, снимаемого с прерывателя-распределителя (рис. 2.9), управляют моностабильным контуром 1, который пропускает ток в течение определенного времени после размыкания контактов прерывателя-распределителя, а затем по прошествии этого времени возвращается в исходное токонепроводящее состояние. После каждого размыкания контактов моностабильный контур 1 создает электрический импульс определенной продолжительности.



Моностабильный контур 1 управляет запирающим блоком 2 прибора. Интегрирующий блок 3 выдает на показывающий прибор 4 среднее значение тока, пропорциональное частоте вращения коленчатого вала.

Ток, протекающий в первичной цепи в момент размыкания контактов прерывателя-распределителя зажигания, зависит от периода их замкнутого состояния. Для измерения угла замкнутого состояния контактов прерывателя-распределителя зажигания используется прибор, представляющий собой последовательно соединенные запирающий и интегрирующий блоки и измерительный прибор. Напряжение, снимаемое с прерывателя-распределителя, управляет запирающим блоком, подавая импульсы тока определенной величины. Интегрирующий блок определяет среднюю величину импульсов тока и выдает ее на измерительный прибор. Если прибор исправен, то при подаче на входные зажимы напряжения стрелка показывает 0, а при снятии напряжения — 100%. Для упрощения измерений прибор снабжен шкалами для соответствующих двигателей. Для четырехцилиндровых двигателей используется шкала 0...900, для шести цилиндровых — 0...600 и т. д. Дополнительная шкала прибора проградуирована в процентах. Например, 50% означает, что угол замкнутого состояния контактов равен углу разомкнутого состояния их.

Блок-схема прибора для измерения угла опережения зажигания (рис. 2.10) состоит из датчиков 1 первого цилиндра и стробоскопа 3 (или датчика верхней мертвой точки), мультивибратора 2 и индикатора 4. Мультивибратором 2 задается величина рассогласования между входным сигналом датчика первого цилиндра и управляющим импульсом стробоскопа 3.



Если установить величину рассогласования выходного сигнала по сравнению с управляющим импульсом, например 10 град поворота коленчатого вала, то лампа вспыхивает после того, как коленчатый вал повернется на 10 град. Таким образом, при наличии одной подвижной и одной неподвижной меток можно определить любое значение угла опережения зажигания в диапазоне функциональных возможностей прибора.

Типовая электрическая функциональная схема мотор-тестера (советский аналог мотор-тестер К-461) приведена на рис. 2.11. Входные цепи анализатора подключаются к двигателю в пяти точках: I — к цепи высокого напряжения катушки зажигания, II — к цепи высокого напряжения первого цилиндра, III — к выводу прерывателя, IV — к зажиму катушки зажигания, V — к выходному зажиму генератора.



Рассмотрим основные режимы и блоки схемы. Программным переключателем SI задается режим измерения и осуществляется коммутация входных цепей I...V посредством включения электронных реле.

Измеритель эффективности работы цилиндров основан на измерении снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя при поочередном отключении каждого цилиндра. Схема измерителя содержит электронный выключатель зажигания в проверяемом цилиндре и высокочувствительный измеритель снижения частоты вращения.

При измерении снижения частоты вращения коленчатого вала сигнал с датчика высокого напряжения через делитель Д2, контакты реле КЗ, формирователь Ф1, схему сравнения ИЛИ и схему задержки СЗ подается на один из входов кольцевого счетчика импульсов КСч. При этом переключатель S5 устанавливается в положение, соответствующее числу цилиндров (8ц, 6ц, 4ц) диагностируемого двигателя.

Одновременно с контактов прерывателя на вход КСч через делитель ДЗ, формирователь Ф2 и контакты реле К4 поступают импульсы, пропорциональные частоте вращения коленчатого вала.

Выходной сигнал КСч через переключатель S2, усилитель УЦ преобразователь (ждущий мильтивибратор ЖМ2), разделительный конденсатор С1 и выходной усилитель У 4 поступает на измерительный прибор Р2.

Выбор отключаемого цилиндра и шунтирование его электрической схемы осуществляются по последовательной цепи: переключатели S2—S4 — усилитель УЗ — ключ SF1 — ограничительный резистор R11.

Измерение с помощью осциллографа осуществляется по следующей схеме. Исследуемые импульсы через делитель Д1, конденсатор С2 и контакты реле К1 поступают на нижнюю сигнальную пластину электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Одновременно к обеим сигнальным пластинам подается постоянный потенциал U_num. Смещение изображения по вертикали производится с помощью потенциометра R4. Схема горизонтальной развертки луча на экране ЭЛТ содержит генератор пилообразного напряжения ТЛИ, управляемый стабилизатор тока СmТ, ключ SF2 и устройство автоматической подстройки амплитуды (содержит ждущий мультивибратор ЖМЗ и фильтр низких частот).

Для запуска генератора развертки импульс с первого выхода счетчика КСч через усилитель У5 и конденсатор С5 поступает на вход ключа SF2. В закрытом состоянии ключа начинается заряд конденсатора постоянным током от стабилизатора СmТ.

Режимы измерения задаются программным переключателем ЭЦ при которых соответственно изображаются:

• осциллограмма первичной цепи с наложением всех цилиндров;
• осциллограмма первичной цепи с разверткой всех цилиндров по вертикали;
• осциллограмма вторичной цепи с наложением всех цилиндров (при этом работает вольтметр);
• осциллограмма вторичной цепи с разверткой всех цилиндров по вертикали (при этом работает вольтметр);
• осциллограмма вторичной цепи с разверткой всех цилиндров по горизонтали (при этом работает вольтметр);
• осциллограмма вторичной цепи зажигания с разверткой всех цилиндров по горизонтали, одновременно работают измеритель угла опережения зажигания и вольтметр;
• осциллограмма работы генератора (при этом работает вольтметр).

Измерение напряжения осуществляется по схеме: измеряемое напряжение с зажимов III и IV через переключатель S8 и резисторы R2, R3 и переключатель S6 подается на измерительный прибор Р2.

При измерении угла замкнутого состояния контактов прерывателя импульсы с него через делитель ДЗ, формирователь Ф2, контакты реле Кб и усилитель-инвертор У8, через переменный резистор R9 и переключатель S6 поступают на измерительный прибор Р2. Ток, поступающий на Р2, пропорционален измеряемому углу замкнутого состояния контактов прерывателя.

При измерении угла опережения зажигания короткие импульсы с выхода КС4, соответствующие моментам искрообразования в первом цилиндре, поступают на ждущий мультивибратор ЖМЦ а далее через усилитель У9 на измерительный прибор Р1 или через схему задержки СЗ на импульсную лампу Л. Длительность импульсов на выходе ЖМ1 регулируется в широких пределах потенциометром R1.

При измерении частоты вращения коленчатого вала двигателя сигналы с соответствующего выхода КСч подаются на усилитель У1, далее на запуск ЖМ2, переключатель S7 и измерительный прибор РЗ. Переключение тахометра на пределы измерения 1500 и 7500 производится переключателем S9.

Сопротивление измеряется по схеме: измеряемое сопротивление Rx — согласующий каскад СК — переключатель S7 — измерительный прибор РЗ.

Помимо описанного стенда К-461 на СТО легковых автомобилей широко применяются стенды КИ-5524, КИ-4897, Elkon S-100/A, Elkon S-200, Elkon S-300, Paltest JT-251, ZD-1, ZD-2 и переносные приборы, например К-484, Э-213, Э-214, Э-216М, Elkon S-220 и др. К числу перспективных средств диагностирования системы электрооборудования относятся стенды К-488, Paltest JT-254, Paltest JT-302, ZD-2A, а также расширенная номенклатура переносных приборов.

Мотор-тестер Elkon S-200 (рис. 2.12) является модернизацией ранее выпускаемого мотор-тестера Elkon S-100/A. Сигналы с системы зажигания автомобиля подаются на вход осциллоскопа с помощью соединительного кабеля и поступают в синхронизующий блок 1. После формирования и усиления выбранный сигнал из блока 1 через переключатель К1 осциллографа поступает в блок переключения 4. Сигнал из блока переключения 4 поступает в усилитель вертикальной развертки 5, а оттуда на обмотку отключения. Импульсы с генератора 8 ступенчатого сигнала поступают в блок переключения 4 через переключатель осциллографа, а с измерителя частоты вращения 2 и измерителя угла опережения зажигания 3 непосредственно в блок переключения 4. Сигналы из контура отключения цилиндров дают дополнительное управление непосредственно на прерыватель зажигания автомобиля.



Из синхронизирующего блока 1 импульсы поступают в генератор 9, в котором вырабатываются импульсы напряжения пилообразной формы, необходимые для горизонтального отключения луча на осциллографе.

Сигнал из генератора 9 поступает в усилитель горизонтальной развертки 10, а оттуда — в систему отключения. Из генератора 9 сигнал пилообразной формы поступает в блок высокого напряжения 11.

Мотор- тестер ZD-2X — универсальное электронное устройство для комплексного диагностирования четырехтактных двигателей, а также для частичного диагностирования двухтактных двигателей. Мотор-тестер включает в себя четыре аналоговых стрелочных прибора, осциллограф и мановакуумметр. Общая схема подключения мотор-тестера к автомобилю показана на рис. 2.13.



Мотор-тестер состоит из шести функциональных панелей, каждая из которых имеет собственное питание. Мотор-тестер обеспечивает измерение широкой номенклатуры диагностических параметров. К числу этих параметров относятся частота вращения коленчатого вала, угол опережения зажигания, угол замкнутого состояния контактов прерывателя, напряжение, сила тока, емкость, сопротивление, напряжение в первичной и вторичной цепях системы зажигания, содержание CO в отработавших газах, давление, разрежение. Наличие осциллографа обеспечивает снятие эталонных осциллограмм и оценку герметичности цилиндров двигателя.

Мотор-тестер Paltest JT-254 по сравнению с Paltest JT-302 имеет ограниченные функциональные возможности — обеспечивает выполнение 16 технологических операций, высвечиваемых на световом табло. Результаты измерений выдаются на двух цифровых индикаторах. Блоки измерения мотор-тестера унифицированы с блоками мотор-тестера Paltest JT-302, мотор-тестер имеет встроенное калибровочное устройство.

Мотор-тестер обеспечивает оценку качества источника питания (техническое состояние аккумуляторной батареи и генератора), системы зажигания, системы питания. Оценка мощностных показателей диагностируемого двигателя производится по величине относительной мощности, определяемой в режиме измерения падения частоты вращения коленчатого вала при отключении из работы отдельных цилиндров.

Мотор-тестер Elkon S-300 включает в себя осциллограф, цифровой индикатор и мановакуумметр. На экране осциллографа выдаются осциллограммы процессов, происходящих в первичном и во вторичном контурах системы зажигания, результаты измерений: первичного и вторичного пиковых напряжений, угла замкнутого состояния контактов прерывателя, частоты вращения коленчатого вала, падения частоты вращения коленчатого вала при отключении из работы отдельных цилиндров, угла опережения зажигания, давления (при подключении дополнительного прибора-приставки Elkon SD-312). На цифровом индикаторе выдаются результаты измерений: напряжения, силы тока, тока возбуждения, мощности в электрической цепи, сопротивления и содержания CO в отработавших газах. По приборам мановакуумметра измеряются давление, потери давления, разрежение (вакуум). Диапазоны и класс точности измерения перечисленных диагностических параметров приведены в табл. 2.6.

2.6. Диагностические параметры, измеряемые мотор-тестером Elkon S-300

Прибор Э-214 предназначен для проверки системы электрооборудования автомобилей, в том числе аккумуляторной батареи, генераторов постоянного и переменного тока, стартеров, реле-регуляторов, прерывателей-распределителей зажигания, катушек зажигания. Он позволяет оценивать состояние цепей высокого напряжения. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи диагностируемого автомобиля.

Прибор Э-216М предназначен для обнаружения ненормально работающих цилиндров четырехтактных карбюраторных двигателей с числом цилиндров 4, 6, 8 и с номинальным напряжением в сети электрооборудования 12 В. Прибор обеспечивает измерение частоты вращения коленчатого вала и снижение частоты вращения коленчатого вала при поочередном отключении из работы отдельных цилиндров (т. е. обеспечивает измерение относительной мощности цилиндров двигателя).

Блок-схема прибора приведена на рис. 2.14. Импульсы напряжения с контактов прерывателя через формирователь 3 поступают на счетчик импульсов 5. На второй (установочный) вход счетчика через формирователь 2 поступает сигнал с датчика импульсов первого цилиндра, обеспечивающий начало счета. Выбор цилиндра для измерения снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя (относительной мощности) до его отключения производится переключателем 14. Измерение снижения частоты вращения осуществляется при нажатой кнопке 11, после отпускания кнопки происходит сброс показаний закорачиванием входа усилителя.



Приборы СВД-1 и СВ Д-2 позволяют диагностировать систему электрооборудования автомобилей, оснащенных и неоснащенных системами встроенных датчиков и контрольных точек. Автомобили с этими системами подсоединяются к прибору через специальный штекерный разъем. Приборы рассчитаны на работу в закрытых помещениях при +10...35°C и относительной влажностью до 85%; питаются от бортовой сети диагностируемого автомобиля и потребляют ток не более 0,3 А. Основные метрологические характеристики приборов сохраняются в диапазоне напряжения питания 10,5...18 В. Информация о результатах диагностирования выводится на три стрелочных индикатора. Основные метрологические характеристики прибора СВД-2 приведены в табл. 2.7.

2.7. Основные метрологические характеристики прибора СВД-2

К прибору может подключаться внешний осциллограф. В схеме блока измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя применена защита от ложных показаний, предусмотрена защита индикаторов от перегрузок. Переключение прибора на работу с СВД и КТ или с накладными датчиками осуществляется автоматически при подключении к системе электрооборудования автомобиля соответствующего кабеля прибора; при этом на разъеме второго (свободного) кабеля напряжение отсутствует. На рис. 2.15 и 2.16 представлены электрические схемы блоков измерения амплитуды высокого напряжения и падения напряжения на контактах прерывателя и замка зажигания прибора СВД-2. Для использования в технологических зонах СТО определенный интерес представляют переносные приборы Elkon S-302 для диагностирования карбюраторных двигателей и Elkon SD-302 — для диагностирования перспективных дизельных двигателей легковых автомобилей. Принципиальные электрические схемы и используемые датчики этих приборов унифицированы с мотор-тестерами соответственно Elkon S-300 и Elkon SD-300. Эти приборы имеют ограниченные функциональные возможности, однако достаточные для проведения в большинстве случаев комплексной оценки системы зажигания и питания двигателей автомобилей. Например, Elkon SD-302 обеспечивает измерение частоты вращения коленчатого вала в диапазонах 300...1000, 300... 3000, 300...6000 мин^-1; угла опережения подачи топлива — 0...30 и 0...100 град, уровня сигнала давления — 0...100%. Напряжение питания этих приборов 12 В от аккумуляторной батареи диагностируемого автомобиля.





Определенный интерес представляют польские переносные средства диагностирования: приборы (табл. 2.8) SD-80A, КР-8005 и КР-8006; электронные испытательные кассеты КР-6/24 и КРЕ-6/24 и др.

2.8. Переносные приборы для диагностирования системы электрооборудования карбюраторных двигателей

Прибор 855G (Австрия) обеспечивает измерение относительного снижения компрессии в цилиндрах в диапазоне 0...100% и напряжения в диапазоне 0...300 В. Результаты диагностирования записываются с помощью самописца. При испытании исправного двигателя с одинаковой компрессией в отдельных цилиндрах имеем одинаковые рабочие амплитуды (рис. 2.17, а). Если же по отдельным цилиндрам имеются большие отклонения компрессии (рис. 2.17, б), то двигатель неисправен. Недостатком прибора является то, что компрессия в цилиндрах измеряется не в абсолютных, а в относительных величинах. В том случае, если во всех цилиндрах двигателя наблюдается равное снижение компрессии, то оно с помощью прибора может быть не обнаружено. Диаграмма записи напряжения с помощью прибора показана на рис. 2.18, а, а на рис. 2.18, б — диаграмма при наличии в диагностируемом двигателе неисправностей.





Из числа простейших переносных приборов на СТО широко применяются 43102, ПА-2, Э-213, ПАС-2 и др. Прибор ПА-2 (рис. 2.19) состоит из тахометра, вольтметра, измерителя угла замкнутого состояния контактов прерывателя.



Принцип действия тахометра основан на измерении частоты следования импульсов напряжения в первичной цепи системы зажигания; сигнал на прибор подается с контактов прерывателя-распределителя. Оценка угла замкнутого состояния контактов прерывателя-распределителя основана на измерении скважности импульса на контактах.