Ремонт и техническое обслуживание автомобилей
Диагностика электрооборудования автомобилей
Общие сведения о диагностировании электрооборудования
Электрооборудование и электронные системы автоматического управления являются наиболее важным элементом обеспечения безопасности движения автотранспортных средств, экологической безопасности и повышения производительности труда водителей.
Надежность работы изделий электрооборудования во многом определяют аварийность в процессе дорожного движения автомобиля, его экономичность и динамику, а также экологическую безопасность для окружающей среды.
Требования к техническому состоянию транспортных средств регламентируются в нашей стране стандартами ГОСТ 25478-91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения», ГОСТ Р41.13-99 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении тормозов», а также ОСТ 37.001.054-86, ГОСТ 17.2.2.03-87 и ГОСТ 21393-75, регламентирующие экологические требования на основе и в соответствии с международными стандартами по этому вопросу. С 2012 года Европейский Союз ввел ужесточенные требования по экологии в виде норматива «Евро-5».
Без применения электронных систем управления бензиновыми, дизельными и газовыми двигателями, систем зажигания высокой энергии искрового разряда, комплексных микропроцессорных систем управления двигателями внутреннего сгорания и др. обеспечить эти требования практически невозможно.
Для обеспечения технической эксплуатации таких сложных электронных систем они должны иметь встроенные диагностические разъемы и диагностические интерфейсы, соответствующие международным стандартам ISO 9141, OBD-II и EOBD.
В процессе эксплуатации автотранспорта в экстремальных природно-климатических условиях изделия и системы электрооборудования, особенно при низких температурах, увеличивается количество отказов, возрастает трудоемкость их устранения.
Это связано со следующими факторами и явлениями:
Использование внешних источников электроэнергии для облегчения пуска холодного двигателя может привести к пробоям электронных изделий и их комплектующих.
Эксплуатация автомобилей в горных условиях и при высоких температурах окружающей среды может приводить к увеличению отказов изделий и систем электрооборудовании, особенно при нарушениях инструкций по эксплуатации и при неквалифицированном техническом обслуживании. Повышенная влажность воздуха в горных условиях (в субтропиках) вызывает ускоренную коррозию клемм и соединений электропроводки, а в пустынных зонах из-за нехватки влаги резко увеличивается температура и ухудшаются условия охлаждения.
Можно сделать вывод, что в различных условиях эксплуатации показатели надежности изделий или систем электрооборудования будут отличаться при одинаковом пробеге автомобиля или времени его работы. Это определило не только применяемые в изделиях комплектующие и материалы, но и конструктивное, климатическое исполнение. Например, изготовленные для умеренного климата изделия обозначают «У», для холодного климата – «ХЛ», для тропиков – «Т» и для всех климатических зон – «О». При этом для каждого климатического исполнения применяют разные материалы, покрытия и методы технического обслуживания в процессе эксплуатации.
К причинам и последствиям изменения технического состояния в процессе эксплуатации можно отнести: нагрузку элементов изделия, взаимное перемещение элементов, воздействие тепловой и электрической энергии, воздействие химически активных компонентов, воздействие внешней среды, а также воздействия со стороны работников технической службы и водителя и т. д.
Для определения технического состояния изделий и систем электрооборудования применяют прямой и косвенный методы измерения текущих значений конструктивных параметров (размеры, зазоры, электрические характеристики, угловые и линейные перемещения и т. п.).
Прямой метод обладает преимуществами в точности, наглядности, достоверности, применении достаточно простого инструмента и простой технологии измерений. К недостаткам этого метода следует отнести необходимость частичной или полной разборки изделия, нарушение приработки деталей, невозможность комплексного контроля работы сложных систем.
Диагностический метод позволяет: не разбирать изделия или системы, производить контроль с меньшими трудозатратами, оперативно получать результат контроля и контролировать сложнейшие электронные системы управления агрегатами транспортного средства.
К недостаткам диагностического метода относятся: сложность и высокая стоимость диагностического оборудования, высокие квалификационные требования к персоналу (операторам), занятым диагностикой элементов конструкции транспортных средств и метрологическим контролем самого оборудования.
Изменение технического состояния и параметров изделий и систем электрооборудования можно зафиксировать несколькими диагностическими параметрами, из которых необходимо выбрать наиболее эффективный параметр. Эффективность параметра зависит от его однозначности (монотонности кривой изменения), стабильности, чувствительности и информативности.
Под информативностью подразумевается свойство параметра однозначно определять исправность или отказ изделия.
Различают два способа диагностирования.
Первый характеризуется тем, что в процессе диагностирования на исследуемый объект производят определенные механические, электрические или другие воздействия, при этом объект может находиться как в исправном, так и в неисправном состоянии. Далее с помощью датчиков фиксируется реакция объекта на воздействие в виде диагностического сигнала и по характеру этого сигнала делают вывод о состоянии объекта.
Второй способ заключается в том, что в процессе диагностирования исследуемый объект выводят на заданный, тестовый режим работы и с помощью датчиков от него анализируют получаемую информацию, сравнивая ее с эталоном или образцом, введенным в память процессора или в таблицу, отображая полученные данные на дисплее и/или в виде распечатки.
На практике прямой и диагностический методы взаимодействуют и дополняют друг друга. Предпочтение отдается методу, имеющему наименьшую продолжительность процедуры и оперативно позволяющему выявить и устранить отказ изделия, системы или их элемента.
Для обеспечения выполнения международных Правил и отечественных стандартов на борту автомобилей появились системы встроенной бортовой диагностики первого и второго поколения.
К особенностям встроенных систем бортовой диагностики относят: выполнение их в виде сигнальной аппаратуры – световых индикаторов на электролампах или светодиодах. Микропроцессорная техника и мультиплексирование информации в бортовых сетях автомобилей позволили существенно облегчить выполнение законодательных норм по токсичности отработавших газов тепловых двигателей внутреннего сгорания и обеспечить контроль гибридных силовых приводов автомобилей.
Ремонт и техническое обслуживание автомобилей
Методы бортовой диагностики автомобилей
Диагностические параметры электрооборудования
и методы бортовой диагностики
Определение технического состояния изделий и систем электрооборудования проводят прямым или косвенным методами, которые позволяют измерить текущие значения их конструктивных параметров. При этом косвенный (диагностический) метод позволяет не разбирать изделия или системы и с меньшей трудоемкостью производить контроль механических, электрических или иных показателей диагностируемого объекта. Этот метод называют техническим диагностированием.
Следует отметить, что техническое диагностирование электрооборудования на транспортном средстве представляет собой процесс определения технического состояния изделия с определенной степенью точности.
Результатом диагностирования является заключение о техническом состоянии изделия или системы с указанием при необходимости места, вида и причины несоответствия структурного или выходного параметра установленным техническим требованиям.
Видами технического состояния изделий электрооборудования (как и других элементов конструкции машин и механизмов) являются исправность, работоспособность, неисправность и неработоспособность.
Между состояниями неисправность и неработоспособность есть существенное различие, заключающееся в том, что при некоторых неисправных состояниях объекта может сохраняться его ограниченная работоспособность. Например, при повышенном механическом или магнитном шуме от генераторной установки или от электропривода; при наличии трещин, забоин или вмятин на какой-либо неответственной корпусной детали.
Однако, при техническом обслуживании или ремонте такую деталь ремонтируют или меняют на исправную, поскольку не критичная на данный момент неисправность может привести к полному отказу изделия или нарушению правил эксплуатации машины в целом.
Классификация видов и средств диагностирования
Виды и средства диагностирования классифицируют на две основные группы: встроенные (бортовые) средства и внешние диагностические устройства.
Средства бортовой (встроенной) диагностики
Под термином «Бортовая диагностика» понимается система программно-аппаратных средств, которая может определять и идентифицировать неисправности и вероятные причины неисправностей электронной системы управления двигателем (ЭСУД), а также других систем, обеспечивающих работу двигателя (смазка, охлаждение и т. п.).
Бортовая диагностика автомобиля используется для определения и идентификации неполадок при работе ЭСУД, двигателя, отдельных агрегатов и систем автомобиля, которые способны привести к следующим последствиям:
Встроенные (бортовые) средства диагностирования подразделяют на информационные, сигнализирующие и программируемые (запоминающие).
Информационные бортовые средства являются конструктивными элементом автомобиля и осуществляют контроль непрерывно или периодически по определенной программе. Водитель может контролировать работу отдельных элементов конструкции и систем автомобиля по информирующим сигналам этих средств (показания приборов, сигналы контрольных ламп, зуммеров и т. п.).
Средства внешней диагностики автомобиля
Внешние средства подразделяют на стандартные и переносные. К таким средствам относятся различные сканеры, мотор-тестеры, динамометрические и тормозные стенды и т. п.
Для диагностирования элементов и систем электроники и электрооборудования автомобилей используют следующие группы приборов и оборудования:
Средства внешней диагностики позволяют выполнить углубленный анализ работоспособности отдельных систем и элементов конструкции автомобиля, при этом к оператору-диагносту предъявляются определенные квалификационные требования, в отличие от бортовой диагностики, позволяющей получить сведения, интуитивно понятные любому водителю при определенных навыках.
Оборудование, применяемое в качестве внешних диагностических устройств для проверки работоспособности агрегатов и систем автомобилей, должно удовлетворять следующим требованиям:
В связи с широким распространением в практике измерений, контроля диагностирования компьютерных технологий возникли дополнительные требования к диагностическому оборудованию:
Диагностирование электрооборудования, электронного оборудования и приборов освещения
Надежность автомобиля в условиях эксплуатации в значительной степени зависит от исправности приборов электрооборудования и электронного оборудования, по вине которых возникает около 15% неисправностей автомобиля.
Ресурс механических узлов электрооборудования ограничивают трущиеся поверхности, необходимо хорошо смазывать, защищать от пыли, влаги и грязи. Вследствие резких температурных перепадов, непрерывных вибраций, попадания влаги, пыли, бензина, масла или паров различные контактные токопроводящие детали работают в сложных условиях. Изоляционные материалы также подвержены разрушением под действием нагрева, влаги и электрического поля. Резкие перепады температуры способствуют образованию трещин в приборах электрооборудования, расположенных под капотом двигателя, особенно зимой, а конденсация влаги снижает их изоляционные качества; так же отрицательно действуют на некоторые изоляционные материалы пары бензина и масла.
По электрооборудованию проверяют следующие структурные диагностические параметры: мощность генератора, прогиб ремня привода генератора; напряжение включения реле обратного тока; электрическое напряжение, поддерживаемое регулятором напряжения; мощность стартера; высоту щеток стартера; зазор между подшипниками стартера и их посадочными местами; передачу приводом стартера крутящего момента.
Уровень электролита проверяют стеклянной трубочкой. Периодичность проверки в зимнее время не реже чем через 30 дней и летом – через 10…15 дней. Снижение уровня электролита ниже нормы может привести к сульфатации пластин из-за их обнажения, так как обнаженные места (прежде всего у отрицательных пластин) усиленно окисляются, образуя сульфат свинца.
Плотность электролита определяют ареометром. Работоспособность батареи оценивают постоянством напряжения под нагрузкой соответствующей работе стартера. Проверить работоспособность аккумуляторной батареи, установленной на автомобиле, можно при запуске двигателя стартером, так как ее исправность отражается на работе стартера. Если стартер развивает мощность, достаточную для нормального запуска двигателя, то это свидетельствует об исправности аккумуляторной батареи. Оценить работоспособность аккумуляторных батарей, снятых с автомобиля, можно, проверив напряжение батареи под большой нагрузкой. Для этого применяют нагрузочные вилки, которые искусственно создают нагрузку, равную нагрузке при включенном стартере.
Генераторные установки и реле-регуляторы. Генераторные установки достаточно долговечны и надежны при правильном уходе за ними в эксплуатации. Диагностирование генератора включает следующие операции: наружный осмотр якоря, коллектора, щеток; определение частоты вращения генератора на начало и полную отдачу; проверку температуры его нагрева; выявление шумов и стуков, проверку состояния деталей генератора с помощью специального оборудования. Особое внимание при этом следует уделять щеткам, так как качество работы генератора зависит от хорошего контакта щеток с коллектором. Причинами нарушения контакта могут быть: загрязнение коллектора, изнашивание щеток и коллектора, заедание щеток в щеткодержателях, ослабление пружин, прижимающих щетки к коллектору. Загрязненный коллектор нужно протереть чистой тканью, смоченной в бензине. Сильно изношенные коллекторы протачивают. Щетки, изношенные больше, чем наполовину или поврежденные заменяют новыми.
Надежная работа двигателя зависит также от состояния изоляции всех участков цепи высокого напряжения. Утечка тока в цепи высокого напряжения пропорциональна загрязненности изоляторов свечи и крышек распределителя, трещине в изоляторах, загрязненности пылью и маслом разрушенных или с пробитой изоляцией проводов и другим неисправностям. Утечка тока снижает напряжение на электродах свечи, создает слабую искру, перебои в работе двигателя.
По системе зажигания проверяют следующие структурные диагностические параметры: начальный угол опережения зажигания; угол опережения зажигания, создаваемый центробежным или вакуумным автоматом; угол поворота вала двигателя, соответствующий замкнутому состоянию контактов прерывателя; зазор между контактами прерывателя; асинхронизм искрообразования; зазор между втулкой и валиком распределителя высокого напряжения; радиальное биение кулачка прерывателя; электрическую емкость конденсатора; электрическое сопротивление обмоток катушки зажигания; пробивное напряжение изоляции проводов высокого напряжения; зазор между электродами свечи; вторичное электрическое напряжение; электрическое сопротивление высоковольтных проводов; электрическое сопротивление изоляции свечи. Главным в обслуживании системы зажигания является содержание приборов цепи низкого напряжения в состоянии, обеспечивающем получение максимально возможного тока в первичной обмотке катушки зажигания, поддержание необходимой изоляции приборов и проводов цепи высокого напряжения, установка зажигания и проверка автоматов опережения зажигания.
Стартер. Работу стартера на автомобиле можно проверить с помощью специальных приборов в режиме полного торможения по силе потребляемого тока и падению напряжения в электрической цепи стартера. Между стартером и аккумуляторной батареей предварительно включают шунт. Стартеры, снятые с автомобиля, проверяют на стендах. При этом с помощью динамометра определяют крутящий момент, продувают корпус воздухом; проверяют состояние коллектора, щеток и контактов включения. Коллектор чистят стеклянной шкуркой. Периодически проверяют крепление стартера.
Электронные системы автомобилей. Диагностические средства для определения технического состояния электронных систем управления можно подразделить на три категории: стационарные (стендовые) диагностические системы; бортовое диагностическое программное обеспечение, которое позволяет индицировать неисправности соответствующими кодами; бортовое диагностическое программное обеспечение, для доступа к которому требуется специальное дополнительное диагностическое устройство.
Стендовые диагностические системы. Эти системы подключаются к бортовому электронному блоку управления и, таким образом, не зависят от бортовой диагностической системы автомобиля. Они обычно диагностируют отдельные механизмы двигателя и системы зажигания, их часто называют мотор-тестерами. Основными элементами мотор-тестера являются датчики, а также блок обработки и индикации результатов измерений воспринимаемых сигналов. Датчики и регистрирующие приборы соединены с кабелями с помощью штекеров и зажимов.
Бортовое диагностическое программное обеспечение, которое позволяет индицировать неисправности соответствующими кодами. Системы программного обеспечения автомобилей большинства ведущих стран мира начиная с 80-х годов XX в. обеспечиваются функцией считывания кодов неисправностей с помощью контрольной лампы, например Сheck engine – проверь двигатель. Это наиболее простой вид бортового диагностирования, которое заключается в условном присвоении ряду неисправностей электронной системы управления цифровых кодов. Эти коды при проявлении соответствующих им неисправностей заносятся в память электронного блока управления системой. После проведения определенных манипуляций данные коды могут отображаться контрольной лампочкой в виде ряда длинных и коротких импульсов. После визуального считывания данных импульсов их значение может быть расшифровано с помощью специальных таблиц.
Бортовое диагностическое программное обеспечение, для доступа к которому требуется специальное дополнительное диагностическое устройство. Считывание информации с такого программного обеспечения осуществляется с помощью специальных устройств – сканеров. Контролируемые параметры и коды неисправностей считываются непосредственно с электронного блока управления и интерпретируются специалистами сервиса.
Сканером или сканирующим прибором называют портативные компьютерные тестеры, обычно с дисплеем на жидких кристаллах, служащие для диагностирования различных электронных систем управления посредством считывания цифровой информации с диагностического разъема автомобиля.
Сканеры различаются своими функциональными возможностями и спектром тестируемых автомобилей.
По способу хранения информации аппаратные сканеры делятся на картриджные и программируемые. Для приведения картриджного сканера в рабочее состояние необходим картридж с диагностическим кабелем, соответствующим проверяемой модели автомобиля. Комплект такого сканера состоит из трех основных частей: самого сканера, сменных картриджей и соединительных кабелей, предназначенных для присоединения к диагностическому разъему проверяемого автомобиля. Каждый картридж предназначен для работы с контроллером своего типа («Джи-Эм», «Бош», «Январь» и др.).
Более информативными являются сканеры, соединенные с персональным компьютером. Для согласования данных, получаемых компьютером с контроллера, используется адаптер.
Сканер подключается через специальный разъем на автомобиле к конкретному блоку управления или всей электронной системе.
Считывание диагностических кодов. Коды неисправностей могут быть считаны двумя способами. Первый (для уже уходящих в прошлое систем самодиагностики) – светодиодным пробником, подключаемым к диагностическому разъему или с помощью контрольной диагностической лампы. Расшифровка кодов производится с помощью таблиц, входящих в состав эксплуатационных документов на автомобиль или – получение кодов сканером. Некоторые подобные приборы не только извлекают коды ошибок, но и расшифровывают их.
Коды неисправностей условно делят на «медленные» и «быстрые». Контрольная лампа зажигается для предупреждения водителя о неисправности. После включения зажигания лампа горит в течении 3 с, а затем должна погаснуть. Если лампа не гаснет, это свидетельствует о неисправности системы управления автомобилем, и следует проверить эту систему по определенным кодам. По требованиям нормативных документов по безопасности движения некоторых стран, автомобиль, имеющий активные коды неисправности электронных систем управления, считается неисправным.
Наличие диагностического разъема позволяет получать диагностическую информацию от датчиков различных систем автомобиля (двигатель, АBS, ЕSP, трансмиссия, подвеска и т. д.) с помощью сканера или мотор-тестера.
Одной из функций, реализуемых сканерами, является проверка сигнала от датчиков автомобиля на рациональность, т. е. на соответствие требуемым (штатным) сигналам. При этом датчик может быть неисправен и посылать в блок управления неверную информацию. Если проверка сигнала датчика на рациональность в программе микроконтроллера блока управления не предусмотрена, то в них управляющие алгоритмы реализуются с использованием неверной информации датчика. При этом будут неправильно рассчитаны важные выходные параметры, например угол опережения зажигания и длительность импульса отпирания форсунок, что приведет к ухудшению ездовых характеристик автомобиля, двигатель может глохнуть после запуска и т.д. Однако пока в количественном выражении неверный сигнал с датчика будет в пределах нормы, никакие коды ошибок в память электронного блока не запишутся и неисправность никак не обозначится.
Приборы сигнальные и освещения. Для приборов освещения характерны такие неисправности: отсутствие света (при исправных источниках питания) из-за перегорания нитей лампочек, неисправности включателей, нарушения контактов; отказ всей системы освещения автомобиля из-за короткого замыкания в цепь или приборах освещения; неправильная регулировка их положения на автомобиле.
Правильная установка фар – одно из условий обеспечения безопасности движения. Установка фар определяется параметрами, показанными на рис. 2.
Рис. 2. Схемы расположения АТС на посту проверки света фар, форма светотеневой границы и размещение контрольных точек на экране
границы пучка света противотуманной фары; H–расстояние от проекции оптического центра фары до плоскости рабочей площадки; U, S–координаты точек измерения положения светотеневой границы в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно.
Положение фар проверяют и регулируют при помощи настенных или переносных экранов либо специальных передвижных (или переносных) оптических приборов.
На рис. 3 показана схема площадки с экраном для определения параметров установки фар автомобиля.
На матовом экране размером 2,5×1,5 м наносится горизонтальная линия Д-Д на высотеh от плоскости площадки, на которой установлен автомобиль, и две вертикальные линии Л-Л и П-П, отстоящие от вертикальной осевой линии экрана О-О на расстоянии d, равное половине расстояния между центрами рассеивателей фар.
Рис. 3. Схема площадки с экраном для определения параметров установки фар автомобиля
Величину h определяют по формуле, которая учитывает снижение угла наклона светового потока фар при регулировке их на ненагруженном автомобиле
,
где H–высота центров рассеивателей фар над площадкой, на
которой установлен автомобиль, м;
L – расстояние от рассеивателей фар до плоскости экрана, м.
Ниже линии Д-Д на расстоянии С наносят горизонтальную линию Б-Б, которая служит для проверки параметров ближнего света фар. Расстояние между линиями Д-Д и Б-Б устанавливается в зависимости от расстояния L.
Для определения параметров установки фар ненагруженный автомобиль с нормальным давлением в шинах устанавливают на ровной горизонтальной площадке (рис. 4) перпендикулярно плоскости экрана. Продольная ось автомобиля и линия А-А должны располагаться в одной вертикальной плоскости.
При определении параметров установки фар включают свет и, действуя переключателем, проверяют исправность соединений и одновременности загорания в лампочках нитей ближнего и дальнего света. Затем правую фару закрывают светонепроницаемым материалом и включают дальний свет. Центр светового пятна овальной формы, отбрасываемого на экран левой фарой, при правильной установке должен совпадать с точкой пересечения вертикальной линии Л-Л и горизонтальной Д-Д. Затем таким же образом проверяют параметры установки правой фары.
Далее проверяют расположение светового пятна ближнего света. Центр светового пятна должен располагаться на пересечении линий Б-Б и Л-Л (для левой фары) и Б-Б и П-П (для правой фары).
Для измерения силы света фары на матовом экране площадки установлены фотоэлементы.
Существуют оптические приборы, предназначенные для диагностирования и настройки фар различных систем, определения силы света при помощи фотометра.
Сила света фонарей (сигналов торможения, габаритных огней, указателей поворотов и аварийной сигнализации и др.) измеряется с помощью пары фотоэлемент – микроамперметр или люксметрами. Располагать фотоэлемент целесообразно на расстоянии 2,5…3,0 мот проверяемого фонаря. Контроль временных параметров проблесков (времени до первого зажигания, частоты следования проблесков, скважности фонарей указателей поворотов) обеспечивается синхронным включением измерительного блока и цепи фонаря при индикации светового сигнала от источника света указателей поворотов. Временные интервалы, как правило, измеряются с помощью секундомера. Некоторые модели приборов для проверки света фар оснащены устройством для автоматического измерения частоты следования проблесков.
Также контролируют состояние проводки, соединений и креплений. Очищают от грязи и пыли отражатели и рассеиватели фар и фонарей.