Pomimo różnic występujących w systemach diagnostycznych wprowadzenie obowiązku stosowania norm OBD II/EOBD spowodowało, że ocena stanu technicznego samochodu stała się priorytetowym zadaniem wszystkich producentów. Wszystkie dane z systemu diagnostyki pokładowej są dostępne przez standardowe 16-stykowe złącze DLC, do którego należy podłączyć czytnik diagnostyczny umożliwiający odczyt kodów usterek. Dotyczy to szczególnie monitorowania ich parametrów ekologicznych i bezpieczeństwa podczas eksploatacji pojazdu, które kiedyś były weryfikowane wyłącznie przez stacje kontroli pojazdów i przez użytkowników. W niektórych sytuacjach precyzyjne ustalenie wadliwie działającego podzespołu wpływającego na pracę układu zasilania silnika wymaga skorzystania ze specjalistycznych przyrządów, np. oscyloskopu lub testera diagnostycznego do pomiarów równoległych.

W wiedzy siła

Przebieg spalania tłokowych silników spalinowych niezależnie od systemu zasilania jest nadzorowany i sterowany przez dużą liczbę podzespołów pomiarowych i wykonawczych. Obecnie precyzyjne ustalenie przyczyn niepoprawnej pracy silnika wymaga od diagnosty szczegółowej wiedzy, dotyczącej działania danego systemu zasilania i sposobu jego sterowania, umiejętności z zakresu diagnostyki przyrządowej podzespołów pomiarowych, wykonawczych, sterowników i instalacji elektrycznej pojazdu oraz dużego doświadczenia w ustalaniu podzespołów wspólnie powiązanych, mogących wpłynąć na końcową przyczynę usterki silnika. Poprawne wskazanie uszkodzonego podzespołu wpływającego na przebieg sterowania układem zasilania może być bardzo czasochłonne. Wynika to z faktu, że na działanie większości podzespołów pomiarowych lub wykonawczych wpływają inne podzespoły występujące w systemie zasilania. Nawet odczyt z pamięci sterownika nadzorującego kody usterek jest niewystarczający. Najczęściej trudne do interpretacji przyczyny usterek silnika są spowodowane uszkodzeniem podzespołów mechanicznych znajdujących się na wyposażeniu pojazdu. Na przykład nieszczelność katalizatora wpływa na przebieg sygnału wyjściowego z sondy lambda lub czujnika temperatury spalin za katalizatorem. W pamięci sterownika zostanie zarejestrowany kod usterki – niepoprawna wartość sygnału wyjściowego elementu pomiarowego, co wskazuje na uszkodzenie sondy lambda lub czujnika temperatury spalin, a nie układu wylotowego silnika. Takich utajnionych usterek podzespołów silnika może być bardzo wiele. Dlatego zawsze wskazanie wadliwie działającego podzespołu elektrycznego lub mechanicznego powinno być poparte dodatkowymi szczegółowymi badaniami przyrządowymi przy pomocy np. manometrów, oscyloskopu lub testerów diagnostycznych do pomiarów równoległych.

Przebiegi szczegółowych badań diagnostycznych podzespołów elektrycznych i mechanicznych silnika są bardzo zróżnicowane i wymagają indywidualnego omówienia na konkretnych przykładach. W tym artykule zostaną omówione wybrane sposoby badań diagnostycznych przykładowych podzespołów pomiarowych silnika. W ten sposób można porównać skuteczność poszczególnych metod diagnostycznych w ustalaniu przyczyn usterki w aspekcie ich stopnia trudności, czasochłonności i potrzeby dysponowania specjalistycznym oprzyrządowaniem diagnostycznym.
Sprawdzenie systemów sterowania pracą silnika ułatwia system diagnostyki pokładowej, który jest zbiorem testów diagnostycznych, procedur obliczeniowych i decyzyjnych, zainstalowanych w układzie sterującym silnika i wykonywanych w czasie rzeczywistym, zmierzających do oceny stanu tych podzespołów pojazdu. Ich zużycie lub uszkodzenie może negatywnie wpływać na emisję substancji toksycznych. System samodiagnozy jest zainstalowany w sterowniku i porównuje wartości sygnałów z obwodów elektrycznego urządzenia sterującego z wartościami kontrolnymi.

Jeżeli wartość sygnału wyjściowego z podzespołu pomiarowego lub wykonawczego nie odpowiada wartości kontrolnej i przekracza o 50% wartość dopuszczalną, to w pamięci sterownika zostaje zapisany kod usterki, opisujący potencjalną przyczynę niesprawności. Wykrycie uszkodzenia przez system nadzorujący pracą silnika jest sygnalizowane kierownicy za pomocą kontrolki MIL oraz rejestrowane w pamięci sterownika oprócz standaryzowanego kodu usterki innych danych pomocniczych, np. dostępność i stan procedur monitorujących oraz parametry bieżące silnika.

Wszystkie informacje można odczytać za pomocą standardowego złącza diagnostyczne DLC. W normie SAE J1962 opisano wymagania wobec tego złącza, dotyczące jego położenia i przeznaczenia poszczególnych pinów w złączu. Adaptację danych serwisowych i graficzną prezentację informacji umożliwiają komputerowe systemy diagnostyczne. Część producentów nie przestrzega wymagań dotyczących lokalizacji złącza i umieszcza je w miejscach nieprzewidzianych przepisami. Utrudnia to poszukiwanie złącza i znacząco wydłuża przebieg badania diagnostycznego. Skrajne przypadki nieprzestrzegania przepisów dotyczących położenia złącza to: złącze w tylnym siedzeniu pasażera lub pod nim, złącze za elementami wyposażenia wnętrza (pod pokrywami deski rozdzielczej, tapicerką, skrzynką bezpieczników i przekaźników, pod zapalniczką lub w komorze silnika pod pokrywą). Najbardziej niepożądane położenie złącza dotyczy jego wbudowania za elementami dekoracyjnymi deski rozdzielczej, co wymaga trudnych do demontażu elementów z tworzywa sztucznego i użycia dodatkowych przyrządów. Takie praktyki pozycjonowania złącza są stosowane w większości samochodów grupy PSA, a nawet w niektórych samochodach grupy VAG. W tych samochodach uzyskanie dostępu do złącza może trwać od kilkunastu minut do kilku godzin, co znacznie wydłuża poszukiwanie przyczyny usterki. Zatem całkowity czas poszukiwania przyczyny usterki przy wykorzystaniu systemu diagnostyki pokładowej będzie zależał od lokalizacji złącza, modelu komputerowego systemu diagnostycznego (możliwości interpretacji kodów usterek i dostępności do danych pomocniczych), doświadczenia praktycznego diagnosty i jego zdolności manualnych w realizacji działań pomocniczych, np. demontażu elementów wnętrza blokujących dostęp do złącza.

W przypadkach trudnych do interpretacji kodów usterek ustalenie przyczyny niesprawności wymaga wykorzystania innych metod diagnostycznych przy pomocy miernika uniwersalnego, oscyloskopu lub manometrów. Nieprecyzyjne wskazanie wadliwie działającego podzespołu często skutkuje niepotrzebną wymianą podzespołów, które nie mają nic wspólnego z rzeczywistą przyczyną niesprawności silnika.

Metody badań diagnostycznych

Badanie diagnostyczne przy pomocy miernika uniwersalnego polega na prowadzeniu pomiarów wartości napięć, prądów, rezystancji i ciągłości przewodów. Badanie podzespołów pomiarowych polega na sprawdzeniu wartości napięcia ich zasilania (od 5 do 12 V – w zależności od rodzaju podzespołu) oraz wartości napięcia sygnału wyjściowego. Pomiar rezystancji wykonuje się dla niektórych podzespołów pomiarowych i wykonawczych, takich jak czujniki temperatury, czujniki potencjometryczne – np. pedału przyspieszania, zawory elektromagnetyczne – np. sterowania układem podciśnieniowym wspomagania hamulców lub zaworów EGR itp. Pomiary ciągłości przewodów obejmują wszystkie obwody instalacji elektrycznej samochodu.

Miernik uniwersalny jest jednym z narzędzi umożliwiających szybkie ustalenie przyczyn prostych usterek, tj. stałych wartości napięć sygnałowych, stałych wartości rezystancji cewek elektromagnetycznych i ciągłości przewodów.
Do szczegółowej analizy przebiegów sygnałów wyjściowych z podzespołów pomiarowych służy oscyloskop. Umożliwia on bardzo dokładną analizę przebiegów sygnałów napięciowych i prądowych wszystkich podzespołów pomiarowych i wykonawczych, np. zaworów elektromagnetycznych, wtryskiwaczy paliwa i wielu innych. Pomiar tym narzędziem umożliwia analizowania zmian wartości napięcia sygnałów dla różnych warunków pracy zespołów mechanicznych silnika. Narzędzie to jest bardzo efektywne w diagnozowaniu usterek, ponieważ nieznaczne zniekształcenia amplitudy sygnału wyjściowego podzespołów pomiarowych są nie do wykrycia za pomocą miernika uniwersalnego lub diagnoskopu. Należy pamiętać, że diagnoskop odczytuje przetworzoną przez sterownik wartość sygnału wyjściowego, np. przepływ masowy powietrza z przepływomierza, a nie przebieg wartości napięcia sygnału bezpośrednio z tego podzespołu. Diagnoskopy są efektywne wyłącznie w przypadku nowych, bardzo zaawansowanych systemów diagnostyki pokładowej, w których zapisane są porównawcze charakterystyki przebiegów sygnałów wyjściowych (wartość zadana i wartość rzeczywista) dla różnych warunków pracy silnika.

Przykład: uszkodzenie czujnika temperatury silnika

Na stanowisku diagnostycznym znajduje się samochód, który wykazuje nadmierne zużycie paliwa oraz emisję substancji szkodliwych. W pamięci sterownika silnika nie zarejestrowano żadnych kodów usterek (pomiar za pomocą diagnoskopu). W takiej sytuacji tylko doświadczony diagnosta może wskazać prawdopodobną przyczynę tej niesprawności, co wpłynie na skrócenie całkowitego czasu poszukiwania usterki.

Wstępnie należy sprawdzić ogólny stan mechaniczny silnika: kontrola wycieków płynów eksploatacyjnych, szczelność układów dolotowego i wylotowego, temperatura silnika odczytana na wskaźniku itp. W takim przypadku kontroli można poddać większość podzespołów pomiarowych i wykonawczych, które z pewnością wpłyną na takie objawy pracy silnika. Jest ich jednak bardzo duża ilość, co będzie wymagać dużego nakładu pracy. W tym celu, aby skrócić ten czas w ramach wstępnej diagnostyki elektronicznej, należy wykonać pomiar napięcia zasilania większości podzespołów wchodzących w skład układu zasilania silnika, np. czujnik temperatury silnika (decyduje on o ilości wtryskiwanego paliwa w zależności od obciążenia silnika – nie czujnik wskazań temperatury), przepływomierz masowy powietrza, czujnik położenia przepustnicy (silniki ZI), wtryskiwacze itd. Według wstępnej analizy wszystkie podzespoły są zasilane poprawną wartością napięcia – nie ma więc potrzeby sprawdzania ciągłości przewodów dla tych obwodów. Następną czynnością jest sprawdzenie, za pomocą miernika, wartości napięć sygnałów – jeżeli czujnik nie przesyła wartości napięcia sygnału, to znaczy, że uległ on uszkodzeniu.

Kontrola zmian napięcia sygnału wyjściowego za pomocą miernika jest trudna z uwagi na fakt szybkich zmian tych wartości w krótkim okresie czasu. Do tego momentu nie ustalono przyczyn usterki silnika. Ostatni etap diagnostyki obejmuje pomiary oscyloskopowe przebiegów sygnałów napięciowych z tych podzespołów. Aby ocenić poprawność sygnału wyjściowego danego podzespołu, niezbędna jest pełna znajomość jego charakterystyki, jej zmian pod wpływem zmian obciążenia i prędkości obrotowej silnika oraz wartości granicznych częstotliwości i amplitud. Dopiero podczas tego badania można zaobserwować przyczynę niesprawności silnika. Poprawnie działający czujnik temperatury silnika, pod wpływem nagrzewania silnika, zmienia swoją rezystancję, a więc wpływa na zmianę przebiegu wartości napięcia sygnału. Na tym etapie można zaobserwować, że czujnik mierzy wartość temperatury wyłącznie do pewnego zakresu – około 70°C – co można to dodatkowo sprawdzić za pomocą miernika temperatury. Taka właściwość objawia się stałym napięciem sygnału w tym zakresie temperatury, a wartość napięcia sygnału nadal powinna być znacznie większa lub mniejsza (w zależności od typu czujnika – NTC lub PTC). Skutkiem tego jest przesłanie zaniżonej wartości temperatury (sygnału wyjściowego) do sterownika silnika przy rzeczywistej temperaturze silnika 90°C. Skutkuje to brakiem wysłania informacji o niesprawności tego podzespołu przez system diagnostyki pokładowej do sterownika, ponieważ wartość napięciowego sygnału zawiera się w dopuszczalnych granicach i dodatkowo sygnał jest ciągły, a nie przerywany, co sterownik odczytuje jako poprawne działanie czujnika. Usterka taka jest bardzo trudna do wykrycia, ponieważ czujnik wskazań temperatury wskazuje 90°C, co sugeruje poprawność działania całego systemu pomiarowego temperatury silnika. Wykrycie tej usterki za pomocą miernika uniwersalnego jest możliwe dopiero po wyciągnięciu czujnika z silnika, rozgrzaniu go do temperatury 90°C i sprawdzeniu wartości jego rezystancji przy tej temperaturze – wymaga to skorzystania z tabeli kontrolnych zmian rezystancji tego czujnika pod wpływem temperatury. Pomiar napięcia sygnału miernikiem wydaje się dość trudny, ponieważ nie można wykryć precyzyjnie drobnych zniekształceń przebiegu amplitudy sygnału.

Na tym etapie rozważań można stwierdzić, że najszybszą metodą wykrywania usterek silnika są badania przy pomocy diagnoskopu. Są one jednak obarczone błędem, mogącym wynikać z nieznacznych zniekształceń przebiegów sygnału i braku rejestracji kodu usterki rzeczywiście uszkodzonego podzespołu. Pomiary miernikiem są bardzo skuteczne i szybkie w przypadku wykrywania przerw w obwodach elektrycznych, braku napięcia zasilania i sygnału. Dokładne pomiary ich przebiegów są jednak bardzo trudne do zrealizowania. Jedyną skuteczną metodą wskazania rzeczywiście uszkodzonego podzespołu elektrycznego jest pomiar przebiegu sygnału wyjściowego za pomocą oscyloskopu. Nawet w przypadku odczytania kodu usterki za pomocą diagnoskopu dodatkowo warto wykonać badanie z użyciem oscyloskopu. Jest to jednoznaczne badanie wskazujące na usterkę danego podzespołu. W tym przypadku wyklucza się inne usterki, mogące wpłynąć na błędną diagnozę końcową, co zapobiegnie niepotrzebnym wymianom sprawnych elementów sterowania silnika.

Przykładem podobnych podzespołów, mogących sprawić trudność w ustaleniu przyczyny ich usterki, są np. czujniki prędkości obrotowej kół, czujniki położenia pedału przyspieszania i sprzęgła, czujniki położenia przepustnicy, przepływomierze masowe powietrza itd.