簡介
示波器廣泛地應用于診斷學,很簡單的原因,它省時省錢。本文旨在給你一些相關建議來幫助你更有效地使用示波器,省更多的時間和金錢。
當你使用示波器來測試一個元器件時,經常要作出這么一個選擇:是進行電壓測量還是用電流鉗來得出電流波形圖。
進行電壓測量時,你必須要考慮你要在哪里進行信號的測量,因為電壓信號在回路的不同位置可能會不一樣。一個簡單的原則是:當你測傳感器(例如凸輪和曲柄),應該盡量靠近ECU(電子控制單元);測量執行器(例如噴油嘴和油門馬達),應該盡量靠近執行器。
這背后的理論就是:當你要看像曲柄這樣的傳感器信號,重要的是看ECU的信號。這里也許直接看傳感器的會起作用,但是如果在絕緣套筒內ECU就可能獲取不了信號。同樣根據上面所說,ECU發出信號去控制一個執行器(比如一個噴油嘴)的情況,你應該理想地測量器件附近的電壓信號。
上面這些原則在理論上可以行得通,但是往往在實踐中會失敗。在很多事例中,都會優先考慮便捷的原則,因此你更趨向于抓取一種快捷且簡單的測量方法,而不是去選擇理想的位置。 人的天性一直都是省時間和金錢。
電壓信號在串聯電路中是可以多樣的,電流則不能,所以你有很多選擇去決定在哪測量(圖1)。假設說測量一個噴油嘴的情況,做個比方,現在有一種強大的誘惑可以讓你測量噴油嘴的電流甚至不惜去花時間除掉線周圍的絕緣物然后去測量它。然而一個更好的選擇通常是用電流鉗去測保險盒里的電流,在眾多線路點找一個很容易測量的點(圖2)。有一點經驗后你甚至有時可以不打開機罩或者機蓋去診斷一輛汽車。
圖1:一個噴油嘴電路上的電壓和電流
但是從保險盒里測量電流也是有一些局限性的。首先一點就是它只可以測量那些可以顯示有效電流的器件,所以僅限于比如燃油泵、噴油嘴和點火裝置等執行器。它不可以測量大部分的傳感器,因此這些還是需要進行電壓測量。第二點,當保險絲標簽上說“噴油嘴”,它其實有可能是“噴油嘴和其他一些東西”。為了使相同的保險絲混淆于復雜電路的幾率最小化,我們建議一開始就在屏幕上選擇至少20ms/div的時基。這樣保證有足夠的時間去觀察一個正常怠速下完整的發動機循環。
有些時候保險絲有多個回路可能會導致理解信號復雜化,但有些其他情況是真切地會有所幫助的。比如說,一些豐田汽車,它是噴油嘴和點火裝置共用一個保險,這讓你僅僅需要探測一個地方地方就可以看到噴油嘴和點火線圈點火的信號。當你徹底地思考這個問題時,會發現車主的觀點是有道理的。對于消費者來說,噴油嘴和點火線圈有獨自的保險是沒有好處的:如果任何一個保險燒了,發動機都會停止工作。
讓我們來看一些4.2L V8汽油發動機奧迪A8的例子。你需要的是一個示波器,一個“低安培”的探頭和一個保險絲插頭。插頭適配的保險絲電流值可以給你一個設置示波器測量范圍很好的參考(如果你用的是20A的保險絲,示波器的測量大小設置為20A)。
圖2:60A電流鉗和保險絲插頭 - 可選診斷輔助工具
λ(氧)傳感器加熱電路
大部分現代的氧傳感器都有加熱電路,如此一來它就可以迅速地達到工作溫度。在我們的經驗里,加熱電路的問題和傳感器本身的問題一樣普遍。
圖3 氧傳感器信號波形
因為氧傳感器的是安裝在排氣系統上,一般來說是比較難以觸及的,所以更為快捷(并且更舒適)的方法是從舒適的駕駛室里獲取信號。
在本例中的加熱電路是非常的典型的,電子控制單元通過控制加熱器迅速地開/關達到控制加熱。時間開得越長,我們得到的熱就越多。從發動機打開開始,峰值電流就跳到6A左右,并且如果你放大來看可以發現加熱器打開的時間是比關閉的長的。30秒左右之后傳感器已經變熱,電流會下降一些,大概4A。這是因為加熱元件在熱的時候比冷的時候有更高的阻抗(這是和電燈泡原理一樣的:當它冷卻后需要更多的電流啟動,因此它經常會在打開開關的時候出問題)。同時,開關信號的占空比已經改變,并且現在加熱器關閉的時間比打開的時間長。
在這個奧迪事例里,需要注意的是需要在同一個保險絲上進行兩個加熱回路的測試。你如果認真地看波形區域,可以發現一個加熱電路打開的時候讀數是2A左右。
噴油嘴
從保險盒里測量噴油嘴信號的主要好處是你可以一起觀察并把他們進行對比:在V8或者V12里有一個實時存儲器。
圖4:噴油嘴信號波形
由于我們要看至少一個完整的發動機循環(兩個發動機運轉,因此所有噴油嘴都點燃),我們選擇20ms/div的時基。這里相當明顯地看出,這輛車只有7個汽缸在運作,但是在迅速做出結論前請仔細些。通常來說,如果電子控制單元檢測到一個不點火,它會把有問題汽缸的噴油嘴關閉來保護催化轉化器不受未燃燃料的損害。
如果你看到這樣一個波形,試著捕捉另一個發動機剛打開后的波形。電子控制單元將不會使噴油嘴失效,直到它發現了一個不點火,這個過程要花上幾秒鐘。如果你發現全部8個噴油嘴信號但是之后有一個掉落,很有可能是電子控制單元使汽缸失效了。這會讓我們懷疑點火裝置或者一些機械上的問題。幸運的是,這些全部問題都可以用本文后面提到的電流鉗進行測量。在這個事例里,這輛車沒有顯示真實的波形,因此我進行了噴油嘴信號濾波來使波形更有意義。
像噴油嘴不點火這種嚴重問題,非常有必要同等地放大每一個看起來一樣的噴油嘴波形來觀察更加細微的問題。放大后波形顯示如下:波形的傾角代表噴油嘴里面的電磁閥(針閥)開始吸起并且燃料開始被注入的瞬間。如果某個噴油嘴這個消失了,一般意味著這個噴油嘴被卡住了開關。在相同地方觀察每個噴油嘴之間傾角的發生狀態也是很有價值的。如果太早(噴油嘴信號的傾角跳躍比較弱),就有太多燃料釋放;如果太遲(粘連的噴油嘴),就太少燃料被釋放。
正如針閥的運動一樣,檢測到每個噴油嘴的電流幅值粗略上應該是一樣的,如果有一個噴油嘴顯示出一個很大的電流,那么它的線圈可能燒掉了。同樣地,每一個噴油嘴信號的持續時間也是差不多相同的。如果一個的持續時間比其余的更長或者更短,那么電子控制單元將會試著補償這個汽缸這一部分損失的能量,這時候你就要找出為什么會這樣。
點火裝置
檢測車的點火系統與檢測噴油嘴很相像,兩者都是每個汽缸有一個線圈(點火的是火花塞上的線圈)。這里又可看到,全部汽缸點火有同樣的波形,同樣是一個比較兩者間不同之處的問題。
圖5:點火信號波形
這輛車看來是那些保險絲標志著“點火”但是實際為“點火線圈和其他一些東西”的車的其中一輛。在這個事例,電流波形圖上出現了很多小(500mA),快(2kHz)的毛刺。
正確的方法是檢查接線圖去看是哪里出現這些毛刺的,不過這種情況下,我認為我還是能夠觀察出來每一個點火信號的結果,并可以推測出每一個點火線圈是點火狀態的。通過Pico示波器軟件你可以打開低通濾波來去除這些干擾到你的雜質。
燃油泵
燃油泵是另外一個難以接近的器件。通過一個錯誤的診斷來替換一個燃油泵簡直就是浪費你的時間。同樣地,如果在保險絲盒進行測量,從20ms/div開始,然后放大或者改變時基去實現觀測到你要的波形。
圖6:燃油泵電流信號
我們需要在這個波形核對兩個東西。第一點是平均電流,這里是5.5A。如果你用萬用表測量電流也會得到這個值。如果你懷疑這個燃油泵有問題,很多數據源會提供你標準的電流作為參考。如果電流超出了參考的電流范圍,在作出宣判它有問題前,檢查一下其余的燃油系統。例如一個阻塞的過濾器,會使燃油泵更難工作,導致電流的上升;又如一個有問題的燃油壓力調節器會造成電流的減小等。
這里的電流脈沖是由燃油泵電動機里轉換器獨特的分區產生的。大多數的泵有6或者8個分區。如果一個分區顯示出明顯不同的波形(一般是下降到接近0A),這是個不好的預兆:這個泵已經出現異常。這種即將來臨的死亡信號一般是不能通過一般儀表測量顯示出來的,因為它沒有那么快來作出電流快速下降的反映。
電子駐車制動器
圖7:電子駐車制動器信號
此波形顯示制動器一開始就在工作中。在馬達開始移動前你會看到一個尖峰電流信號(這里超過20A),然后有一個低平的區域,大概為1.6A,這里是馬達占據剎車片和剎車盤之間的空間時。此后電流會迅速上升,有一個大約18A的峰值電流,表示剎車片接觸摩擦剎車盤。
當制動器松開,過程是相反的。電流信號將會出現類似的峰值,隨后由于剎車片離開剎車盤大約有8A的衰減。如點火那個例子一樣,這個波形似乎有類似的電流毛刺。在這里脈沖是電子駐車制動系統正常運作的一部分,大約1秒鐘出現一次自檢信號。
這些奧迪車在兩邊的后車輪都有電子駐車制動系統,如此一來最好是要采集兩邊的波形并做比較。Pico示波器軟件里的參考波形是個典型波形。你需要檢測波形中電子駐車制動器制動和釋放時電流是否相像,時間是否也類似。如果一邊的制動器比另一邊需要花更長的時間制動,那么就有必要檢查剎車片磨損的不平衡了。
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