Oscyloskop w diagnostyce i oględzinach pojazdu

Autor: Michał Kittner – certyfikowany rzeczoznawca samochodowy, diagnosta EV/HV z uprawnieniami SEP i DGUV 209-093

W codziennej praktyce diagnostycznej rzeczoznawcy samochodowego oscyloskop staje się nieocenionym narzędziem. Pozwala na bezinwazyjne pomiary i analizę sygnałów elektrycznych oraz ciśnieniowych, co jest szczególnie przydatne przy ocenie kondycji silnika przed zakupem pojazdu. Z przetwornikiem ciśnienia WPS500X marka PicoScope oferuje możliwość monitorowania ciśnień (np. we wnętrzu cylindra, w układzie dolotowym czy paliwowym) bez rozbierania silnika. WPS500X konwertuje ciśnienie na sygnał napięciowy z bardzo szybką odpowiedzią (100 μs), dzięki czemu oscyloskop może śledzić dynamiczne zmiany ciśnienia w silniku. Zarejestrowane przebiegi można zapisać i wielokrotnie odtwarzać jak film, dokładnie analizując każdą składową sygnału.

Przykład zastosowania WPS500X: podczas testu ciśnienia bezpośredniego w cylindrze, przetwornik WPS500X wkręca się w miejsce świecy zapłonowej lub wtryskiwacza i rejestruje rzeczywisty przebieg ciśnienia w komorze spalania. Na ekranie oscyloskopu pojawia się wykres cyklu roboczego silnika: faza ssania (spadek ciśnienia), sprężania (gwałtowny wzrost), zapłonu i wydechu. Dzięki wysokiej rozdzielczości czasowej i dokładności, można ocenić m. in.:

• szczelność zaworów dolotowych i wylotowych,

• przesunięcia faz rozrządu (np. rozciągnięty łańcuch),

• niewłaściwą pracę systemów zmiennych faz rozrządu (VVT),

• problemy z zaworami EGR, turbosprężarką lub przepustnicą (poprzez analizę ciśnienia w kolektorze dolotowym).

Test pozwala na wykrycie wewnętrznych usterek mechanicznych silnika bez konieczności jego demontażu. W odróżnieniu od testu kompresji względnej (wykonywanego np. cęgami prądowymi), WPS500X dostarcza absolutnych danych ciśnieniowych, umożliwiając szczegółową analizę każdego cyklu roboczego.

Diagnostyka drgań i hałasu (NVH)

Oscyloskop pomaga także w wykrywaniu źródeł niepożądanych drgań i hałasów (tzw. NVH – Noise, Vibration, Harshness). Dzięki zestawom akcelerometrów i mikrofonów (np. Pico NVH Kit) mechanik może rejestrować drgania przenoszone przez karoserię lub podzespoły silnika. Analiza widmowa takich sygnałów pozwala zidentyfikować m. in.:

• Luzy i wibracje: poluzowane elementy zawieszenia, wadliwy łożysko lub luz w układzie kierowniczym mogą generować charakterystyczne wzorce drgań.

• Niewyważenie i rezonanse: nierówny balans kół lub wirujących części (wał napędowy, koło pasowe) objawi się jednostajnym tonem w widmie.

• Stuki i klekoty: dopasowanie widma fal drgań do obrotów silnika lub prędkości jazdy ujawnia źródło stuków (np. luzy w prowadnicach zaworowych).

Oscyloskop PicoScope pozwala równocześnie mierzyć ciśnienia, drgania i przesunięcia oraz korelować je ze sobą. Testy są bezpieczne dla pojazdu i nieinwazyjne – dzięki izolowanym wejściom pomiary nie obciążają elektroniki auta. PicoScope może wykrywać sygnały związane z podciśnieniem, ciśnieniem paliwa/oleju, a także drganiami i hałasem w szerokim spektrum. Dedykowane oprogramowanie NVH prowadzi technika krok po kroku przez procedury pomiarowe, co przyspiesza lokalizację źródła wibracji.

Pico Technology – lider oscyloskopów motoryzacyjnych

Pico Technology (twórca PicoScope) to światowy pionier w dziedzinie oscyloskopów PC do motoryzacji. Już od lat 90. jej sprzęt rewolucjonizuje diagnostykę – dzięki szybkiemu próbkowaniu i gotowym testom pomaga odkryć przyczynę problemu, zamiast zgadywać według kodów błędów. Oscyloskopy PicoScope oferują:

• Wysoką rozdzielczość i szybkość próbkowania: idealną do analizy płaskich sygnałów czujników (ciśnienia, akcelerometrów) oraz szybkich impulsów zapłonowych.

• Zintegrowane testy wzorcowe: oprogramowanie zawiera setki przewodników krok po kroku dla konkretnych modeli aut, co ułatwia diagnozę nawet mniej doświadczonym mechanikom.

• Dedykowane akcesoria: cęgi prądowe, sondy różnicowe HV, sondy COP i detektory (np. sygnału keyless, czujników parkowania) zaprojektowane specjalnie do warsztatowego użytku.

PicoScope to także wyjątkowa bezpieczeństwo diagnozy – wszystkie pomiary są nieinwazyjne, a podłączenia nie zagrażają elektronice pojazdu. Przykładowo, interfejs PicoBNC+ automatycznie rozpoznaje podpięte czujniki (np. 2000A cęga prądowa) i ustawia odpowiedni zakres w oprogramowaniu, co minimalizuje błędy i przyspiesza pracę. Dzięki temu diagnosta może skupić się na analizie przebiegów, mając pewność, że sprzęt jest właściwie skalibrowany.

Cęgi prądowe – pomiar prądu rozruchu i kompresji względnej

Zestaw cęg prądowych (np. PicoBNC+ TA388 2000A i TA167 10–60A) pozwala mierzyć prądy w instalacji auta bez przecinania przewodów. W diagnostyce silnika szczególnie przydatne są:

• Pomiar prądu rozruchowego: zakładamy cęgi 2000A na przewód masowy akumulatora i kręcimy silnikiem. Oscyloskop wykreśla prąd rozruchu, zazwyczaj od kilkudziesięciu do kilkuset amperów. Wzrost prądu przy pokonywaniu bezwładności, a następnie powtarzalne spadki przy sprężaniu każdego cylindra, tworzą charakterystyczny wzór. Jeśli w którymś cyklu jeden pik jest znacznie niższy, sugeruje to problem z kompresją danego cylindra.

• Kompresja względna: korzystając z cęg o niższym zakresie (10–60A) oraz z sondy COP lub sygnału z wtryskiwacza, można określić, który cylinder odpowiada niższemu pikowi prądowemu. Test ten jest całkowicie nieinwazyjny i bardzo szybki, eliminując konieczność standardowego testu sprężynowego.

• Diagnostyka prądów spoczynkowych: odłącza się akumulator i mierzy prąd upływu prądu z akumulatora po zamknięciu wszystkich obwodów. Dzięki oscyloskopowi z cęgami można dokładnie wykryć źródło nadmiernego poboru prądu.

Cęgi Pico są automatycznie zerowane przy podłączeniu i dostarczają zasilanie z oscyloskopu, co ułatwia pomiary. Duża maksymalna wartość (do 2000A) pozwala przeprowadzić badanie nawet przy ciężkich silnikach diesla.

Diagnostyka systemów Keyless i czujników parkowania

Nowoczesne auta mają wiele „ukrytych” systemów – bezkluczykowe otwieranie i uruchamianie (keyless) oraz ultradźwiękowe czujniki parkowania. Pico oferuje do nich specjalne, tanie akcesoria diagnostyczne:

• Detektor ultradźwiękowych czujników parkowania (PA329): to kabel z sondą do pomiaru sygnału sonarowego każdego czujnika z osobna. Pokazuje on natężenie sygnału ultradźwiękowego danego czujnika, co pomaga odnaleźć czujnik przytłumiony np. przez zabrudzenie lub uszkodzony.

• Detektor sygnału Keyless (TA330): przewód z cewką do wykrywania nośnej częstotliwości 125–140 kHz używanej przez system bezkluczykowy. Pozwala kontrolować działanie samego odbiornika/cewki lub nadajnika klucza bez potrzeby demontażu paneli. Technik może w ten sposób w kilka sekund stwierdzić, czy sygnał kluczyka jest poprawnie odczytywany.

Dzięki tym narzędziom można szybko sprawdzić układy keyless i parkowania podczas oględzin przed zakupem. Ujawnienie przerwanej instalacji lub niewłaściwie działającego czujnika może uratować kupującego przed kosztowną naprawą. Asortyment Pico umożliwia diagnostykę elementów, których nie wykryje zwykły tester OBD.

Sondy COP (coil-on-plug) do oceny układu zapłonowego

Sondy typu COP pozwalają bezinwazyjnie zbadać prąd i napięcie w cewkach zapłonowych i przewodach wysokonapięciowych. Po przyłożeniu sondy na cewkę lub przewód oscyloskop rejestruje sygnał impulsywny:

• Rejestracja przebiegu zapłonu: sonda sprzęga się z polem magnetycznym cewki i wyświetla na oscyloskopie przebieg wtórnego napięcia iskry.

• Analiza przebiegu: na dobrym wykresie widać czas przygotowania iskry (dwell), następnie ostry skok (impuls back-EMF, często kilkaset wolt) oraz charakterystyczne oscylacje po rozładowaniu (wynik rezystancji iskry). Między oscylacjami można zmierzyć czas samego spalania iskry – jest on widoczny jako okres, gdy napięcie spada do zera przy przejściu przez palce świecy.

• Diagnostyka usterek: każda cecha na wykresie (np. spłaszczona amplituda, brak oscylacji, skrócony czas spalania) wskazuje inny problem – uszkodzoną cewkę, uszkodzony przewód czy zużytą świecę. Porównanie z wzorcowym przebiegiem pozwala jednoznacznie określić, który element zapłonowy zawodzi.

Dzięki sondzie COP można bardzo szybko zlokalizować przyczynę nierównej pracy silnika lub braków zapłonu, które trudno wychwycić samym testerem OBD.

Diagnostyka pojazdów hybrydowych i elektrycznych – bezpieczeństwo

Pojazdy hybrydowe i elektryczne mają instalacje wysokiego napięcia (zazwyczaj 400–1000V DC). Diagnostyka takich układów wymaga szczególnej ostrożności i specjalistycznego sprzętu:

• Procedury bezpieczeństwa: przed pomiarami należy w pierwszej kolejności potwierdzić brak napięcia na złączach HV (np. testem napięciowym 0V) oraz sprawdzić rezystancję izolacji akumulatora. Stosuje się także odłączanie akumulatora wysokiego napięcia i zabezpieczenia przed ponownym załączeniem (tag-out/lock-out).

• Sprzęt do pomiarów: używa się izolowanych sond różnicowych o wysokim zakresie (np. 1000V) oraz specjalnych cęg prądowych do EV. Oscyloskop z niezależnymi wejściami (differential) pozwala mierzyć obwody HV bez ryzyka spięcia do masy.

• Normy i uprawnienia: w Niemczech obowiązuje norma DGUV 209-093, określająca wymagane kwalifikacje (kategoria 3S/3E) do serwisu układów wysokiego napięcia w pojazdach. Standard ten wprowadziły globalnie m.in. marki VAG i Mercedes-Benz jako wymóg autoryzowanych serwisów.

Zastosowania oscyloskopu w pojazdach EV/HV obejmują m.in.: pomiar napięć ogniw baterii wysokiego napięcia (przez sondy różnicowe), kontrolę sygnałów fazowych w silnikach elektrycznych (często z użyciem cęg HV) oraz analizę modulacji falowników ładowania i falowników napędu. Przy zachowaniu procedur bezpieczeństwa i odpowiednich uprawnień diagnosta może dzięki oscyloskopowi ocenić stan instalacji EV z taką samą dokładnością jak w samochodzie spalinowym.

Bezinwazyjny pomiar prądu – cęgi prądowe i pomiar spadku napięcia

W nowoczesnych pojazdach bezinwazyjna diagnostyka prądowa jest nie tylko wygodą, ale wręcz koniecznością. W przeciwieństwie do klasycznego podejścia – które wymaga odłączenia akumulatora lub przecięcia przewodów w celu wstawienia amperomierza – cęgi prądowe pozwalają na pomiar bez przerywania obwodu.

Cęgi prądowe (np. PicoBNC+ 2000A lub 60A) zakładane są bezpośrednio na przewód (np. masowy akumulatora), mierząc pole magnetyczne generowane przez przepływ prądu. Dzięki temu:

• nie ma potrzeby ingerowania w instalację, co eliminuje ryzyko błędów, zakłóceń i zmian rezystancji obwodu,

• nie narusza się ciągłości zasilania ani nie generuje się błędów w komputerach sterujących (co może mieć miejsce po odłączeniu zasilania w pojazdach klasy premium, EV czy systemach ADAS),

• pomiar jest w pełni odwracalny i bezpieczny, nawet dla systemów z zaawansowanym zarządzaniem energią (BMS, IBS, Smart Charging).

UWAGA: Odłączanie akumulatora lub "wstawianie się" amperomierzem w obwód może prowadzić do:

• resetu sterowników (utrata parametrów adaptacyjnych),

• wzbudzenia alarmów lub błędów CAN,

• zmiany faktycznej charakterystyki obwodu (wskutek wprowadzenia dodatkowej rezystancji kontaktowej).

Dlatego zgodnie z dobrymi praktykami i wytycznymi wielu producentów pojazdów, diagnostyka poboru prądu powinna być wykonywana bez odłączania elementów układu.

Alternatywna metoda – pomiar spadku napięcia

W niektórych sytuacjach – szczególnie w obwodach o bardzo niskim prądzie lub przy braku dostępu do przekroju przewodu – skuteczną metodą może być pomiar spadku napięcia między biegunami:

• + do + (np. akumulator – bezpiecznik),

• – do – (np. masa akumulatora – obudowa silnika).

Zgodnie z pierwszym prawem Kirchhoffa, w idealnym przewodniku bez przepływu prądu różnica napięć powinna wynosić 0V. Każda wartość różna od zera wskazuje na istnienie przepływu prądu i – po uwzględnieniu znanych rezystancji – pozwala oszacować jego wartość.

Ta metoda, stosowana często przy pomiarach upływów (tzw. "lewych poborów"), zostanie szczegółowo opisana w osobnym artykule.

O autorze

Michał Kittner jest certyfikowanym rzeczoznawcą samochodowym z Żywca (wpisanym na listę Ministerstwa Infrastruktury, nr RS001827) oraz ekspertem ds. napraw powypadkowych. Posiada aktualne uprawnienia "SEP" do 1 kV oraz niemieckie DGUV 209-093 (kategoria 3S/3E) pozwalające na pracę przy układach wysokiego napięcia w pojazdach EV/HV. Dzięki doświadczeniu w serwisach samochodów spalinowych i elektrycznych wykorzystuje oscyloskopowy sprzęt diagnostyczny do kompleksowej oceny stanu technicznego pojazdu – zarówno silnika, jak i systemów elektrycznych.