Перечень технических средств диагностики очень широк, поэтому дать подробное описание каждого средства практически невозможно.
Остановимся на минимальном наборе средств, который даёт возможность произвести оценку технического состояния двигателя и системы управления.
Этот перечень выглядит следующим образом:
- компрессометр (компрессограф);
- комплект для измерения давления топлива;
- 4-х компонентный газоанализатор с автоматическим вычислением параметра Z;
- мотортестер;
- сканер;
- информационно-справочные системы.
Первые три позиции данного перечня обязательны для проведения оценки технического состояния любого двигателя независимо от его типа, а без такой оценки попытки оценки работоспособности СУД, а тем более её ремонта теряют всякий смысл.
Подбор конкретной модели мотортестеров и сканеров осуществляется на основе оценки их возможностей, прогнозирования предполагаемого перечня моделей обслуживаемых автомобилей и финансовых соображений.
Рассмотрим подробнее основные технические средства диагностики в соответствии с вышеупомянутым перечнем
Компрессометр.
Представляет собой манометр с невозвратным клапаном и предназначен для измерения величины максимального давления в цилиндре в конце такта сжатия (эту величину часто называют компрессией). Результаты измерений используются для оценки состояния деталей цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма.
Важно оценить не только величину компрессии, но и скорость нарастания давления в цилиндре, а также разницу в компрессии по цилиндрам.
Если компрессия в цилиндрах двигателя ниже установленной изготовителем, или разница в компрессии между цилиндрами превышает допустимую (как правило – более чем 1 кг/см), то из данного факта следует, что требуется ремонт цилинро-поршневой группы двигателя, а от оценки технического состояния СУД следует на данном этапе отказаться.
Различные модели компрессометров различаются по величине измеряемого давления (для бензиновых и дизельных двигателей), а также по количеству адаптеров для подключения к различным типам двигателей в зависимости от формы и размеров свечного отверстия.
Существуют также компрессографы, которые записывают результаты измерений на сменные карточки, что даёт возможность провести более точный анализ состояния цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма по характеру нарастания давления в цилиндре.
Комплект для измерения давления топлива.
Представляет собой манометр с краном и комплект адаптеров для подключения к топливным системам различных марок и моделей автомобилей. Он применяется для проверки элементов топливно-эмиссионной системы (бензонасос, регулятор давления, топливные магистрали, форсунки и т.д.). Основной особенностью комплектов является то, что манометр подключается параллельно и не нарушает работоспособность топливно- эмиссионной системы в целом, а это позволяет проводить измерения на работающем двигателе. Особое внимание при этом следует обратить на обеспечение герметичности всех соединений, так как попадание топлива на сильно нагретые участки двигателя (выхлопной коллектор, выхлопная труба и т. д.) может привести к пожару.
Газоанализатор.
Представляет собой эектронно-оптический прибор для измерения объёмной доли компонентов в отработавших газах двигателя.
Газоанализаторы бывают 1,2,3,4,5-компонентные. Измеряемые компоненты выхлопных газов: CO, CH, CO2, O2, NОx. Мы знаем, что все современные бензиновые автомобили (за исключением автомобилей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры и послойным распределением смеси) на установившихся режимах (кроме режима полной нагрузки) должны работать при стехиометрическом соотношении воздух / топливо (Лямбда равна 1). Причём точность поддержания этого соотношения достаточно высока (Лямбда = 0,97-1,03). Лямбда – это интегральный параметр, позволяющий оценить качество рабочей смеси. А качество сгорания смеси можно оценить по составу отработавших газов. Для задач диагностики правильным будет использовать 4 и 5- компонентные газоанализаторы, причём те, которые способны рассчитывать коэффициент Лямбда:
[CO]
ì
|
ü
O ïï
[CO 2] + + [O2] + í
CV ×
- CVý×([CO2] + [CO])
2 ï 4
Z = îï
[CO] 2
3,5 +
[CO2] þï
|
|
· ([CO
2] + [CO] + K1.[HC])
è 4 2 ø
Таким образом, мы видим, что для расчёта коэффициента Лямбда необходимо измерить 4 компонента: CO, CH, CO2, O2. Если в распоряжении диагноста имеется 4- компонентный газоанализатор но без вычисления Лямбда, то рассчитать его вручную в
режиме реального времени проблематично. Соответственно отсутствует возможность оперативно оценить качество рабочей смеси.
Вывод: двухкомпонентные газоанализаторы для работы на СТО не годятся. Рассмотрим устройство и принцип работы на примере газоанализатора DIAGAZ.
Прибор состоит из системы пробоотбора и пробоподготовки, блока измерительного (БИ) и блока электронного (БЭ).
Конструктивно газоанализатор выполнен в металлическом корпусе, предназначенном для установки на горизонтальной поверхности (столе). 5.2 Система пробоотбора и пробоподготовки газоанализатора включает газозаборный зонд,
пробоотборный шланг, фильтр-влагоотделитель N 204-F 10, фильтр грубой очистки GB -202, фильтр тонкой очистки ОВ-702,электроклапан трехлинейный двухпозиционный, побудитель расхода газа 2-х камерный,тройник,2 пневмосопротивления, электрохолодильник, кювету, датчик кислорода.
Слив конденсата, выделяемого в фильтре-влагоотделителе, происходит через штуцер
СК.
Принцип действия датчиков объемной доли (СО,СОг, углеводородов)- оптико-
абсорбционный.
Принцип действия датчика измерения концентрации кислорода -
электрохимический.
Принцип действия датчика частоты вращения коленчатого вала основан на индуктивном методе определения частоты импульсов тока в системе зажигания.
Блок измерительный содержит оптический блок, в котором имеются излучатель, измерительная кювета, фокон, пироэлектрический приемник излучения.
Излучение модулируется обтюратором, в кототром расмещены интерференционные фильтры.
Оптическая и газовая схемы прибора приведены на рис.В. 1.
В измерительном блоке также размещен электрохимический датчик кислорода.
Блок электронный предназначен для измерения выходных сигналов первичных преобразователей газоанализаторов ДИАГАЗ, обработки и представления результатов измерения.
Газоанализатор ДИАГАЗ содержит:
- блок питания постоянного тока напряжением (12+2,8-1,2) В;
- блок питания переменного тока напряжением (220+22/-33) В, частотой (50 ±1) Гц.,
- блок предварительного усиления сигнала пироэлектрического приемника;
- микропроцессорный контроллер, в том числе выполняющий функцию измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя;
- 6 светодиодных индикаторов;
- клавиатуру;
- датчик температуры;
- датчик абсолютного давления;
- цифровой выход для связи с компьютером через разъем RS 232.
Клавиатура содержит кнопки: (нумерация с левого края) 1,2,3,4,5 Газоанализатор имеет следующие режимы работы, заложенные в меню контроллера:
- измерение
- выбор параметров для настройки.
МЕНЮ контроллера содержит следующие регулируемые параметры: СО- усиление;
СО- нелинейность; СН-усиление;
СН- елинейность.
СОз - усиление;
С02 - нелинейность; O2 - усиление;
О2- нелинейность;
Анализируемый газ поступает в анализируемую кювету, где определяемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соответствующих спектральных диапазонах. Потоки излучения характерных областей спектра выделяется интерференционными фильтрами и преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные концентрации анализируемых компонентов. Электрохимический датчик при взаимодействии с кислородом выдает сигнал, пропорциональный концентрации кислорода. Величина l вычисляется газоанализатором автоматически по измеренным СО,СН,С02 и 02.
Анализируемый газ из выхлопной трубы автомобиля поступает в газозаборный зонд, снабженный зажимом для закрепления последнего на выхлопной трубе автомобиля. Из зонда газозаборного проба газа проходит по поливинилхлоридной трубке через фильтр- влагоотделитель, электроклапан трехлинейный двухпозиционный, камеру побудителя расхода (насоса), электрохолодильник, два фильтра тонкой очистки (один из них внутри прибора) и поступает в кювету и датчик кислорода, откуда через тройник выбрасывается на выход. Основная часть конденсированной влаги из фильтра-влагоотделителя проходит через фильтр грубой очистки.камеру побудителя расхода и удаляетя через штуцер СК. Некоторая часть конденсированной влаги непрерывно автоматически удаляется из электрохолодильника побудителем расхода через тройник за пределы прибора через штуцер ВЫХОД.
Продувка прибора воздухом в автоматическом режиме осуществляется через штуцер ПГС.
Рис 3.1.4 Оптическая схема газоанализатора.
Рис 3.1.5 Газовая схема газоанализатора.
1- фильтр-влагоотделитель, 2,3- фильтр тонкой очистки, 4- кювета,5- датчик кислорода,6-тройник, 7-элекгрохолодильник, 8-побудитель расхода, 9- электроклапан, 10- фильтр грубой очистки.
Рис 3.1.6 Вид спереди
Современные газоанализаторы высокого класса, кроме надёжности и удобства в работе, имеют множество дополнительных функций. Они могут измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя, температуру масла, а также запоминать промежуточные протоколы измерений и передавать результаты на персональный компьютер или печатать их на встроенном принтере.
Очень важным с точки зрения эксплуатационника качеством газоанализатора является его надёжность. Поскольку, по своему устройству газоанализатор – сложный электронный прибор отремонтировать его своими силами, как правило, невозможно и приходится обращаться на фирменный сервисный центр, что крайне неудобно, поэтому при выборе модели газоанализатора следует обращать внимание на его защищённость от внешних воздействий и наличие блока предварительной подготовки газов.
Мотор-тестеры.
Мотор-тестеры это универсальные электронные приборы, предназначенные для проведения измерений параметров работы двигателя. Параметры измеряются с помощью специальных датчиков и пробников, входящих в комплект прибора. Как правило, мотор- тестеры позволяют измерять следующие параметры:
- частота вращения коленчатого вала;
- температура масла;
- напряжение аккумулятора;
- напряжения в первичной и вторичных цепях системы зажигания;
- пульсации напряжения генератора;
- ток стартера;
- ток генератора;
- угол замкнутого состояния контактов;
- время накопления и ток размыкания в первичной цепи катушки зажигания;
- частоту, длительность и скважность импульсов,
- угол опережения зажигания;
- величину разряжения/давления во впускном коллекторе.
Обычно мотор-тестер в своём составе имеет цифровой осциллограф, представляющий измеряемые величины (ток, напряжение, частота вращения коленчатого вала, разряжение и т.д.) в графическом виде, а также в виде гистограмм. Некоторые мотор-тестеры имеют возможность записи кадров изображения в память прибора для последующего сравнения и анализа. Настройка параметров развёртки осциллографа производится автоматически при выборе режима измерений. Цифровой осциллограф - это мощный инструмент в руках опытного диагноста. Например, по форме осциллограммы во вторичной цепи зажигания можно выявить неисправные элементы тракта (свечи зажигания, высоковольтные провода, крышка распределителя…) и даже отклонения состава смеси в цилиндрах.
На некоторых мотор-тестерах (DSN-PRO) реализован также режим имитации сигналов датчиков.
Мотор-тестеры условно можно разделить на три группы: большие или консольные, средние и портативные.
Консольные мотор-тестеры (SUN, DASPAS) - это стационарные устройства, выполненные на базе персональных компьютеров, в котором датчики, как правило, располагаются на специальной поворотной консоли. Эти мотор-тестеры имеют большое количество измерительных входов, позволяющих проводить измерения нескольких однотипных параметров одновременно и анализировать их с помощью многоканального осциллографа.
Например, в режиме проверки запуска двигателя проверяются: изменения напряжения на клеммах 1 и 15 катушки зажигания и клеммах аккумуляторной батареи, обороты, развиваемые стартером, ток потребления стартера, а также величина разряжения во впускном коллекторе.
Принципиальное отличие мотор-тестеров высшей группы сложности состоит в реализации некоторых специальных функций, таких как:
- измерение относительной компресси по цилиндрам;
- измерение мощностного баланса цилиндров;
- наличие встроенной базы данных заводских допусков измеряемых параметров для различных моделей двигателей автомобилей;
- наличие экспертной системы, анализирующей результаты измерений (в случае полного заполнения протокола измерений). Экспертная система подсказывает также возможные пути поиска неисправностей.
Следует отметить, что функции измерения относительной компрессии и мощностного баланса могут быть реализованы в полном объёме только на автомобилях с механическим распределителем зажигания, а поскольку в настоящее время такие системы практически не применяются, то эти режимы утратили своё практическое значение.
Косвенно мощностной баланс цилиндров можно оценить по неравномерности вращения коленчатого вала двигателя.
В состав мотор-тестеров высшей группы сложности входит 4 или 5-компонентный газоанализатор. Результаты его измерений тоже используются анализирующей программой.
Мотор-тестеры средней группы сложности отличаются от консольных отсутствием базы данных, анализирующей программы, а также меньшим количеством измерительных входов и режимов измерений. Например, может отсутствовать режим измерения разряжения во впускном коллекторе или, вместо многоканального, встроен одноканальный осциллограф.
Портативные мотор-тестеры по своим функциям аналогичны, а иногда и превосходят мотор-тестеры среднего класса. Они выполняются в виде переносных устройств с жидкокристаллическим экраном. Питание приборов осуществляется от сети 220В или бортовой сети автомобиля, что позволяет их использовать даже в «полевых условиях». Для более качественного отображения и анализа результатов измерений портативные мотор-тестеры имеют возможность передавать данные на персональный компьютер, или непосредственно на принтер для распечатки. Возможно также сопряжение с газоанализатором через персональный компьютер. Многие производители ввиду большой конкуренции стремятся оснастить свои приборы оригинальными режимами анализа. Например, статистический анализ изменений параметров работы высоковольтного тракта для различных режимов работы двигателя.
Сканеры.
Для изучения автомобильных сканеров потребуется небольшое отступление для рассмотрения функции электронных блоков управления автомобилей (ECU).
С момента появления первых ECU в них была реализована функция самодиагностики, т. е. возможность выявления неисправностей в датчиках и исполнительных устройствах СУД. В случае выявления неисправности ECU переходит в
«аварийный» режим работы, не принимая в расчёт информацию от данного датчика, но обеспечивая работу двигателя. При этом на панели водителя высвечивался предупредительный сигнал «CHECK ENGINE» и код ошибки записывался в память ECU.
Чтобы прочитать значения этого кода применялся так называемый протокол
«медленных кодов». Производя определённые манипуляции (перемычка, кнопка) можно было перевести ECU в режим чтения кодов ошибок и тогда, по комбинации загораний контрольной лампочки, считывался соответствующий код.
В настоящее время большинство ECU работает на «быстрых кодах» при которых считывание информации с ECU возможно только специальными приборами – сканерами.
Сканер подключается к диагностическому разъёму автомобиля и как бы вступает в диалог с ECU. Порядок обмена информацией между сканером и ECU определяется изготовителем ECU и называется протоколом.
Следует отметить, что сканер может получить только ту информацию, которую ему может передать ECU.
Наиболее полную информацию можно получить используя протокол изготовителя, однако поскольку таких протоколов очень много, то было принято международное соглашение об использовании единого стандарта в считывании информации с ECU. Этот стандарт получил наименование OBD-2 и уже применялся на некоторых моделях автомобилей, а с 2000 года выпуска применяется на всех.
Протокол OBD-2 не заменяет в полном объёме протоколы изготовителя, однако позволяет в усечённом виде получать информацию от ECU. В частности это чтение кодов ошибок и получение информации о работе СУД в реальном масштабе времени.
Об устройстве и возможностях различных видов сканеров остановимся ниже, а сейчас определимся с тем, что считает ошибкой в работе датчика ECU.
Для примера рассмотрим анализ работы ECU датчика температуры охлаждающей жидкости.
По своей физической сути датчик температуры охлаждающей жидкости –
терморезистр, который изменяет своё сопротивление в зависимости от температуры.
С сигнального провода датчика температуры охлаждающей жидкости снимается напряжение, которое поступает на определённую ножку разъёма ECU. В дальнейшем сигнал преобразовывается в двоичный код и принимается к расчёту как один из аргументов функции управления. Прежде чем принять данный сигнал к расчёту, ECU сравнивает его со значениями предельных уровней т. е. максимум и минимум допустимый для данного сигнала, записанного в памяти ECU. Если значение сигнала вписываются в эту «вилку», то датчик считается исправным, а сигнал от него принимается к расчёту.
Представим себе ситуацию, когда сигнальный провод оторвался от датчика. В этом случае на ножку ECU сигнал не поступит (напряжение – 0V). Такое значение находится за нижним пределом допустимого и ECU выдаёт сигнал об ошибке «Неисправность датчика температуры», хотя на самом деле датчик исправен, а проблема заключается в обрыве линии связи.
Теперь рассмотрим другую ситуацию - окислился контакт на сигнальном проводе датчика температуры. Соответственно, в месте контакта резко повысилось сопротивление, а как следствие этого уровень напряжения сигнала, дошедшего до ножки ECU, будет ниже, чем он должен быть при данной температуре двигателя. Если при этом уровень сигнала впишется в «вилку» минимум-максимум то датчик считается исправным, а сигнал от него достоверным и будет принят к расчётам, что повлечёт за собой нарушения в работе СУД.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
- наличие ошибок не является достаточной информацией, чтобы сделать заключение о техническом состоянии датчика, или исполнительного устройства;
- отсутствие ошибок не является однозначным критерием для заключения об исправном состоянии СУД.
Более полную информацию о работе сигнальных и исполнительных трактов СУД можно получить, используя сканер в режиме отображения работы СУД в реальном масштабе времени.
Возвращаясь к рассмотренному нами случаю окисленного контакта датчика дефект можно было выявить, сравнив показания значения температуры двигателя, полученной сканером от ECU, и фактической температурой двигателя, измеренной другим способом (термометр).
Сканеры.
Электронные устройства на базе микропроцессоров, позволяющие считывать информацию в цифровом виде из памяти ECU.
Они подключаются к диагностическому разъёму автомобиля.
В зависимости от исполнения они позволяют:
- считывать из памяти коды ошибок,
- классифицировать их на текущие и запомненные,
- расшифровывать коды в текстовом виде,
- отображать интерпретацию ECU текущих значений сигналов от датчиков и рас- чётных величин,
- активизировать некоторые исполнительные элементы системы управления двигателем (форсунки, регулятор холостого хода, клапан продувки адсорбера…),
- перезаписывать в память ECU значение некоторых коэффициентов (например, коэффициент коррекции топливоподачи и величину сдвига УОЗ на режиме мощностного обогащения).
Возможности, сканера, как уже было сказано выше, принципиально ограничены возможностями системы самодиагностики, заложенной при разработке ECU. Поэтому на автомобилях ранних годов выпуска возможности сканера даже дилерского уровня ограничиваются чтением и расшифровкой кодов неисправностей.
Применение сканеров более целесообразно на автомобилях последних годов выпуска, в которых возможности самодиагностики ECU более широки.
Ещё одной функцией сканера является обнуление межсервисных интервалов.
Применяемость сканеров определяется протоколом обмена. Например, все автомобили группы VAG имеют одинаковый протокол обмена между ECU и сканером. Поэтому для диагностики любого автомобиля этой группы (VW,Audi,Seat,Skoda) достаточно иметь один сканер. Стремление сделать сканеры универсальными привело к появлению сканеров со сменными картриджами и переходниками для разных диагностических разъёмов.
После введения стандарта OBD-II все американские и большинство европейских производителей устанавливают на автомобиле одинаковый диагностический разъём. Протокол OBD-II позволяет считывать те параметры, которые непосредственно влияют на безопасность и токсичность отработавших газов. При этом протокол обмена производителя, как уже отмечалось, позволяет считывать гораздо большее количество данных.
Конструктивно сканеры различаются на аппаратные и программные.
Аппаратные представляют собой электронный прибор, имеющий клавиши управления и экран для отображения информации.
Программные состоят из программы, устанавливаемой на персональный компьютер, и адаптера для преобразования сигналов ECU к сигналам доступным к обработке на персональном компьютере. Пример аппаратного сканера ДСТ-2М, программного – комплект МТ-2.