Як перевірити роботу датчика?

Щоб локалізувати несправність в електричній системі автомобіля, потрібно знати різні датчики та їхні сигнали. Ми проаналізуємо живлення та обробку сигналів для виявлення несправностей.

Спочатку коротке нагадування. Пасивному датчику для роботи не потрібна напруга живлення. Він має опорну напругу, за допомогою якої блок керування ECU може зчитувати сигнал. Це важлива інформація в разі несправності. При вимірюванні проводки ми повинні поводитися інакше, ніж з активним датчиком зі стабільною напругою живлення.

Пасивний датчик

Візьмемо для прикладу датчик температури з негативним температурним коефіцієнтом (NTC). Це може бути датчик температури охолоджуючої рідини, масла або зовнішнього повітря. Датчик підключається до електронного блока управління (ЕБУ) за допомогою двох кабелів (синій = плюс, коричневий = мінус).

sensors 02 — Пасивний NTC-датчик – це термозалежний резистор. Напруга стабілізованого джерела живлення ділиться між датчиком і резистором R. Чим вища температура, тим менший опір датчика і тим менша напруга, яку АЦП перетворює в цифрове значення

В електронному блоці управління ми бачимо схему з наступними компонентами:

► 78L05: стабілізатор напруги. Він забезпечує стабілізовану вихідну напругу 5 вольт, незалежну від напруги бортової мережі

► R: резистор, також відомий як резистор зміщення

► АЦП: АЦП (аналого-цифровий перетворювач). Напруга перетворюється в цифрове (десяткове) значення від 0 до 255

► μP: мікропроцесор отримує десяткове значення АЦП

► Датчик температури (NTC): це залежний від температури резистор.

Стабілізатор напруги подає напругу рівно 5,0 вольт. Через правий вивід здійснюється підключення до резистора зміщення R і датчика температури охолоджуючої рідини NTC. Це з’єднання також розгалужується на АЦП і мікропроцесор. Якщо придивитися уважніше, то можна побачити, що резистор зміщення і датчик температури NTC (також резистор) з’єднані послідовно. Ось тут і вступають у гру знання про послідовне з’єднання. При послідовному з’єднанні напруга розподіляється між обома резисторами. Струм однаковий. Рівень напруги між резистором зміщення і резистором NTC залежить від відповідних значень опору. Якщо резистори однакові, напруга ділиться 50 : 50. 5-вольтова напруга живлення ділиться на 2,5 вольта кожний через два резистори. Однак, якщо резистори не однакові, розподіл напруги буде іншим.

Пасивний датчик – практика

Ми підключаємо діагностичний пристрій до шлюзу через роз’єм EOBD, який, в свою чергу, встановлює зв’язок з блоком управління двигуном. На холодному двигуні зчитуються дані з датчика температури охолоджувальної рідини, і одночасно проводиться вимірювання через датчик температури: температура становить 18 °C при напрузі 2,3 В. Температура підвищується після запуску двигуна. Тепер ми маємо напругу 1,15 В при температурі 55 °C. При робочій температурі 90 °C напруга становить 420 мВ.

sensors 05 — Три вимірювання: чим вища температура, тим нижча напруга

Вимірювання показують, що напруга на датчику падає зі збільшенням температури. Це можна пояснити характеристикою NTC: значення опору резистора NTC зменшується зі збільшенням температури. Якщо розглянути послідовне з’єднання резистора зміщення в ЕБУ і резистора NTC, то зміна опору резистора NTC впливає на розподіл напруги. При напрузі живлення 5 вольт і холодному двигуні на резисторі NTC падає 2,3 вольта, а на резисторі зміщення – 2,7 вольта. Між цими двома резисторами є з’єднання з АЦП: саме тут напруга «зчитується» і надсилається до мікропроцесора.

Скарги у разі відсутності сигналу температури

Якщо електронний блок керування не може зчитати сигнал від датчика температури, можуть виникнути наступні несправності та зауваження:

► Поганий запуск двигуна, наприклад, через підмінне значення, що використовується блоком керування двигуном

► Перегрів: вентилятор, керований ШІМ, запускається занадто пізно або взагалі не запускається через занадто низьке значення

► Двигун не працює належним чином на холостому ходу після холодного запуску

► Вихлопні гази більше не відповідають нормі

► Двигун глохне і троїть, коли двигун холодний

► Не вдається увімкнути кондиціонер

► Під час зчитування з’являється код помилки, пов’язаний з датчиком температури

Щоб з’ясувати, чи винен датчик температури, чи проводка, знову вимірюємо напругу на датчику: 0 В. Потім підключаємо чорний щуп до контакту 36 ЕБУ. Ми залишаємо червоний щуп підключеним до позитивного полюса датчика. Тепер дисплей показує 5 вольт. Для останнього вимірювання ми визначаємо різницю напруг на кабелі маси: тут ми також фіксуємо 5 вольт.

Оцінка результатів вимірювання

На основі цих вимірювань ми можемо визначити наступне:

► ЕБУ посилає опорну напругу 5 вольт

► Резистор NTC в датчику не поглинає жодної напруги

► Ми вимірюємо всі 5 вольт через розрив кабелю заземлення

У випадку, якщо ми маємо різницю напруг, яка дорівнює напрузі живлення через кабель або штекерне з’єднання, ми можемо припустити, що кабель обірваний.

Оскільки тепер ми маємо обрив у послідовному з’єднанні між двома резисторами, напруга більше не надходить. АЦП вимірює 5 вольт від стабілізатора напруги. Мікропроцесор інтерпретує десяткове значення і переводить його в найнижчу можливу температуру – мінус 42 °C. Система керування двигуном розпізнає, що це значення відрізняється від показників інших температурних датчиків в автомобілі. Температура охолоджувальної рідини -42 °C є малоймовірною порівняно із зовнішньою температурою 25 °C і це призводить до появи коду помилки.

Обрив кабелю маси

У цьому прикладі ми маємо обрив кабелю маси. При кожному обриві (в датчику, штекерному з’єднанні або в плюсовому кабелі) виникають однакові симптоми. Якщо обрив у плюсовому кабелі, вимірюємо різницю напруги 5 В на плюсовому кабелі (між контактом 35 ЕБУ та контактом 1 датчика). Також зазначимо, що -42 °C – це найнижча температура. Це може відрізнятися в залежності від виробника.

Вимірювання завжди слід проводити з підключеним штекером! Якщо штекер від’єднано, послідовне з’єднання між резистором зміщення і термозалежним резистором NTC переривається. При вимірюванні з від’єднаним штекером вимірюється напруга 5,0 В. Таким чином, ви знаєте тільки те, що кабель не обірваний, але нічого не знаєте про можливий опір контакту або дефект датчика.

Активний датчик

Активний датчик працює з напругою живлення 5 або 12 вольт. Електроніка датчика використовує цю напругу живлення для генерації сигнальної напруги. Датчик тиску на малюнку отримує напругу від електронного блоку керування.

sensors 09 — Резистори в цьому активному датчику тиску розташовані у вигляді так званого моста Вітстона. Коли тиск змінюється, зміна опору Rp викликає зміну напруги на вході підсилювача/фільтра

В ЕБУ ми бачимо:

стабілізатор напруги 78L05 та
три резистори: R1 має власну напругу живлення 6,2 вольта, R2 – послідовно між сигналом датчика і мікропроцесором, R3 – між сигналом і масою.

Значення опору R3 настільки велике, що не впливає на рівень сигналу. У датчику тиску ми бачимо три фіксовані резистори і один Rp (змінний резистор, який залежить від тиску палива). Резистори з’єднані за так званою мостовою схемою Вітстона. Зміна опору Rp викликає зміну напруги на вході підсилювача/фільтра. Напруга живлення подається через червоний кабель, а маса – через коричневий. Без напруги живлення або маси в мості Вітстона немає різниці потенціалів, тому датчик не видає жодного сигналу.

На практиці нас не дуже цікавлять компоненти датчика і блоку управління. Клубок проводів і складних схем може збити з пантелику лише в тому випадку, якщо зосередитися на якійсь конкретній частині. Тому для зручності ми створюємо нову електричну схему, яка містить лише ті частини, що мають відношення до діагностики. Ми використовуємо коди компонентів, кольори кабелів і номери контактів на спрощеній електричній схемі.

sensors 10 — Спрощена електрична схема, зведена до того, що нам потрібно для діагностики. Ми використовуємо коди компонентів, кольори кабелів та номери контактів. G247 = датчик тиску палива, J623 = блок керування двигуном

Вимірювання на активному датчику

Після спрощення до діаграми вимірювання мультиметром стають зрозумілішими.

sensors 13 — Три вимірювання на активному датчику. Напруга живлення становить 5,0 В, напруга сигналу з датчика – 2,9 В, обидва показники вимірюються відносно маси датчика. Ці 2,9 В безперешкодно надходять до блоку керування двигуном через контакт 40. Отже: все гаразд

На попередніх трьох зображеннях показано вимірювання з використанням активного датчика, який надсилає аналоговий сигнал (АМ): За однакових умов експлуатації напруга залишається незмінною (в даному випадку – постійний тиск). У такій ситуації несправність відсутня.

Напруга живлення датчика становить 5,0 В, виміряна по відношенню до маси датчика

► Сигнальна напруга датчика становить 2,9 В, також виміряна відносно маси датчика

Напруга 2,9 В, що передається датчиком, безперешкодно надходить на блок керування двигуном через контакт 40. Отже, все нормально

Примітка: Навіть незначні відхилення в електроживленні можуть призвести до спотворення напруги сигналу.

sensors 16 — Знову три вимірювання на активному датчику, але тепер напруга на сигнальному кабелі з боку ЕБУ вища, ніж з боку датчика

На питання про причину цієї помилки, ймовірно, можна сформулювати наступні відповіді:

► Несправність в блоці управління

► Несправний датчик

► Опір контакту

► Коротке замикання

► Обрив.

Правильна відповідь: Обрив сигнального кабелю (між контактом 3 датчика і контактом 40 ЕБУ). Чому інші можливі відповіді малоймовірні:

► Несправність в ЕБУ не викликає різниці напруги на кабелі. Внутрішнє коротке замикання на плюс або масу вплинуло б на весь кабель

► Датчик передає напругу 2,9 вольт, що знаходиться в межах допусків від 0,3 до 4,7 вольт. Напруга нижче 0,3 або вище 4,7 вольт не є нормальною

► При наявності опору контакту напруга на стороні датчика буде вищою, ніж на стороні ЕБУ: адже саме датчик надсилає сигнал

► У разі короткого замикання в датчику, в проводці або в ЕБУ різниці напруги на кабелі немає

Але чому ми міряємо 5,7 вольт? Давайте ще раз подивимося на внутрішню схему ЕБУ активного датчика.

Три резистори (R1, R2 і R3) з’єднані послідовно. На R1 подається напруга 6,2 вольта, а R3 з’єднаний із землею. Значення опорів дуже високі, тому вони практично не впливають на вхідний сигнал. Через це послідовне з’єднання протікає невеликий струм. Коли датчик надсилає сигнал, він долає внутрішню напругу між резисторами.

Немає сигналу від датчика тиску

Датчик тиску не надсилає жодної інформації до блоку керування у наступних випадках

► дефект датчика

► обрив плюсового кабеля, кабеля маси або сигнального кабелю

► обрив з’єднання в одному з двох штекерних роз’ємів або

► від’єднання штекера датчика.

Тут можна виключити дефект датчика: Датчик передає напругу 2,9 вольт. Це в межах допуску від 0,5 до 4,5 вольт. Якщо одна з трьох ліній обірвана або погано з’єднана зі штекером, ЕБУ більше не отримує сигнал, і внутрішня схема підвищує напругу на сигнальному вході (тут: контакт 40) до 5,7 вольт.

Ця напруга нижча за напругу живлення 6,2 В, оскільки резистор R1 поглинає 500 мВ. Решта напруги поглинається резисторами R2 і R3. Зрештою, має місце послідовне з’єднання.

Від’єднане штекерне з’єднання

Ці знання ідеально підходять для того, щоб при від’єднаному роз’ємі штекера швидко отримати уявлення про те, чи не переривається з’єднання між датчиком і блоком керування. Після від’єднання штекера джгута проводів з боку датчика ми вимірюємо напругу живлення 5 В, 0 В на масі і 5,7 В на сигнальній лінії.

Примітка: При від’єднаному роз’ємі джгута проводів струм не протікає (без навантаження), і ми не вимірюємо втрату напруги в разі опору контакту через пошкодження кабелю.
Напруга 5,7 В в основному спостерігається на автомобілях концерну VW. У автомобілів інших виробників напруга може бути нижчою, навіть якщо кабель обірвано. ЕБУ VAG має джерело напруги 6,2 В і послідовне з’єднання із заземленням. На наступному малюнку показано резистор (R) між 5-вольтовим стабілізатором напруги і входом сигналу.

sensors 20 — У разі, якщо з цим типом ECU виникає одна з вищевказаних ситуацій, напруга підвищується до максимального значення стабілізатора напруги: 5 вольт.

Можливі несправності

До цього часу було обговорено ряд ситуацій, в яких причиною несправності був обрив кабелю або поганий контакт у штекері. Це також може бути опір контакту або коротке замикання.

Опір контакту

Активний датчик надсилає сигнал нижчої напруги, якщо є опір контакту в плюсовому або мінусовому кабелі: зрештою, для датчика доступна менша напруга, яку він може надіслати. На наступних двох зображеннях ми бачимо опір у ланцюзі живлення датчика B. Вимірювання через контакти 1 і 2 датчика B є нижчими, ніж передбачалося.

Те саме вимірювання можна повторити для датчиків A і C. Адже вони підключені до ЕБУ через загальний плюсовий і мінусовий кабель. Тут вимірюються повні 5 вольт. Щоб виключити можливість того, що плюсовий кабель або кабель маси має контактний опір, проводиться диференціальне вимірювання від плюса до плюса. Без перешкод тут вимірюється різниця 0 В (5 – 5 = 0 вольт), але фактично вимірюється 1 В. Зрештою! (5 – 1 = 4 вольти). Зараз причиною є пошкоджений кабель, але також може бути погане з’єднання штекера з контактами 1 або 2 (наприклад, погнутий штифт або корозія).

Коротке замикання в датчику

У разі короткого замикання дріт або частина ланцюга ненавмисно контактує з іншим дротом або струмопровідним об’єктом. Якщо датчик має (внутрішнє) коротке замикання, це розпізнає ЕБУ, який негайно вимикає напругу живлення всіх підключених датчиків у відповідному ланцюзі датчика.

Датчики A, B і C більше не працюють, і всі три несправні. Транзистори в блоці керування вимкнені до усунення короткого замикання.

Якщо від’єднати штекер датчика С, коротке замикання відразу ж усувається: тому роз’єми слід від’єднувати один за одним, одночасно перевіряючи, чи повертається напруга живлення 5 В на ЕБУ (можна використати проміжний ящик з контактами). У більшості випадків для цього необхідно виконати перезавантаження блока управління (вимкнути запалювання принаймні на десять секунд, а потім увімкнути його знову).

Коротке замикання в проводці

У разі короткого замикання в електропроводці блок керування також вимикає подачу живлення на контур.

Досі було проведено лише вимірювання напруги під навантаженням. Тепер настав час для вимірювання опору. Щоб перестрахуватися, слід від’єднати всі штекери від ланцюга, тобто штекер джгута проводів на ЕБУ і на трьох датчиках, а потім провести вимірювання опору між плюсовим і мінусовим кабелем.

Тут ми вимірюємо опір 0 Ом. Навіть якщо вимір опору трохи вищий, наприклад, 5 Ом, це не дуже добре. Кабелі не повинні мати контакту: Опір має бути нескінченним (відображається як 1 або OL).