UNA

Теория

Для обнаружения неисправностей в системе зажигания, мотор-тестер "АВТОАС-ПРОФИ 2" имеет определенный ряд специальных режимов измерения. Эти режимы позволяют в удобном виде визуально контролировать на мониторе компьютера форму напряжения в первичной и вторичной цепях зажигания, а так же получать ряд важных цифровых значений параметров этих сигналов.

Ниже приведено описание некоторых параметров сигналов, которые необходимо контролировать, при диагностике электронных бесконтактных систем зажигания с распределителем (ROV) и примеры диагностики автомобилей с системами такого типа.

Угол замкнутого состояния (УЗС) первичной цепи. Измеряется в градусах. Определяет период, в течение которого в первичной цепи зажигания протекает ток. Для контактных ("классических") систем УЗСК регулируется, путем изменения зазора контактов прерывателя. При изменении частоты вращения, значение УЗСК в контактных системах не должно изменяться. Для 4-х цилиндровых двигателей УЗСК обычно находится в пределах 50-55 градусов поворота ротора вала распределителя. Контактные системы зажигания называются так же системами, с постоянным УЗСК первичной цепи. Кроме контактных прерывателей, применялись так же контактно-транзисторные системы, в которых УЗС так же поддерживался постоянным. Применение транзистора взамен контактов прерывателя позволило избежать быстрого выхода из строя контактной группы из-за "подгорания" контактов последней, возникающего при коммутации значительного по величине тока в цепи с индуктивностью. Примером подобной системы может служить коммутатор ТК 102, применявшийся на автомобилях ЗИЛ и ГАЗ с восьмицилиндровыми двигателями. В практике мирового автомобилестроения подобные контактно-транзисторные системы использовались относительно не продолжительное время и широкого распространения не получили.

Время замыкания первичной цепи (время накопления энергии в катушке). Измеряется в миллисекундах. Влияет на уровень энергии, накапливаемой в первичной обмотке катушки зажигания. При слишком малом времени замыкания, ток в первичной цепи не успевает достичь величины, обеспечивающей необходимую энергию магнитного поля катушки, а слишком большое время протекания тока приводит к перегреву первичной обмотки и контактов прерывателя или коммутирующего транзистора и напрасной трате энергии аккумулятора. В контактных системах время замыкания зависит от угла замкнутого состояния контактов и уменьшается при увеличении частоты вращения коленчатого вала. Это приводит к уменьшению энергии, накапливаемой в магнитном поле катушки зажигания и соответствующему снижению энергии искрового разряда, что может стать причиной пропусков воспламенения, особенно при работе двигателя на обедненной смеси.

В отличие от контактных и контактно-транзисторных систем, в большинстве современных электронных систем зажигания используется принцип постоянства накапливаемой энергии. В этих системах время замкнутого состояния первичной цепи при разных частотах вращения поддерживается неизменным. Для этого момент замыкания первичной цепи вычисляется в ЭБУ системы зажигания или в ЭБУсистемы управления двигателем. Момент замыкания рассчитывается таким образом, чтобы время, проходящее от начала протекания тока в первичной цепи, до прерывания тока (ток разрыва) и формирования искрового разряда, было достаточным для накопления в катушке зажигания "порции" энергии, которая обеспечивает бесперебойное искрообразование на свечах зажигания, при любых режимах работы двигателя. При этом с ростом частоты вращения коленчатого вала, УЗС первичной цепи увеличивается. Это изменение УЗС не влияет на величину энергии, накапливаемой в катушке зажигания, т. к. время накопления энергии остается постоянным.

Мотор-тестер "АВТОАС-ПРОФИ-2" позволяет производить одновременный, для разных цилиндров работающего двигателя, контроль формы сигнала в первичной цепи, а так же значений угла и времени замыкания первичной цепи. Значения величин УЗСК и времени замыкания, а так же разница соответствующих значений между отдельными цилиндрами, должны находиться в пределах нормы для данного типа системы зажигания. Для контактных и контактно-транзисторных систем зажигания значение УЗСК приводится в эксплуатационной документации на автомобиль. Разброс значений угла замкнутого состояния первичной цепи по разным цилиндрам, может быть вызван износом или неисправностью отдельных элементов прерывателя-распределителя или ослаблением его крепления. Для электронных систем зажигания нормируется время накопления энергии в катушке зажигания, т. е. время протекания тока в первичной цепи. Неисправность электронного коммутатора или ЭБУ системы управления впрыском и зажиганием, а так же нарушение, по разным причинам, сигнала датчика синхронизации, может вызвать изменение времени замыкания первичной цепи зажигания.

Ток в первичной цепи зажигания нарастает по экспоненциальному закону, от нулевого значения в момент замыкания прерывателя (контактного или электронного), до величины, которая определяется индуктивностью и сопротивлением первичной обмотки катушки зажигания и временем замыкания первичной цепи. В современных системах зажигания применяются катушки с низким сопротивлением первичной обмотки, которое составляет около 0.5 Ом, вместо 2-4 Ом в контактных, и с уменьшенной индуктивностью L. Это позволяет уменьшить время накопления энергии, так как уменьшается время нарастания тока до необходимой величины, а так как значение энергии W, запасаемой в первичной обмотке катушки зажигания, прямо пропорционально квадрату тока разрыва I (W = I² L/2). То есть, даже при меньшей индуктивности обмотки, стало возможным накапливать в первичной обмотке значительно большую "порцию" энергии, чем в системах с обычными катушками.

Во многих системах применяется ограничение тока в первичной цепи, на уровне 6 - 8 А. Такого значения как раз достаточно для достижения требуемого уровня запасенной энергии. Для этого, при достижении установленной величины ограничения тока, коммутирующий первичную цепь транзистор переводится из ключевого режима в режим активного сопротивления, препятствуя дальнейшему росту тока первичной цепи. Процесс перехода коммутирующего транзистора, из ключевого режима, в режим ограничения тока, хорошо виден на осциллограмме первичной цепи.

Так же необходимо контролировать и напряжение питания катушки зажигания. Нарушение работы системы зажигания может быть вызвано плохим контактом на каком-либо участке первичной цепи, включая клеммы аккумулятора, клеммы катушки зажигания и соединительные провода. Такие дефекты обычно хорошо видны при анализе формы сигнала в первичной цепи, а так же цепи питания катушки зажигания.

Анализ сигналов во вторичной цепи зажигания производится с помощью специальных накладных датчиков "кВ", устанавливаемых на высоковольтные провода. Кроме формы сигнала высокого напряжения, обычно контролируется величина напряжения пробоя искрового промежутка свечей зажигания, напряжение и время искрового разряда. Более подробно о процессах во вторичной цепи системы зажигания можно прочитать, например, в журнале "За рулем" №11,98г, в статье "Поговорим о высоком".

Практика

Признаки неисправности проявляются в подергивании и потере мощности при разгоне, а так же в повышенном расходе топлива. При работе двигателя на холостом ходу, на выходе выхлопной трубы периодически возникает характерный звук, причиной которого являются нерегулярные пропуски воспламенения смеси в цилиндрах двигателя.

В проверяемом автомобиле, энергия для искрового разряда в разных цилиндрах двигателя, накапливается в одной катушке и проходит через общий для всех цилиндров центральный провод распределителя зажигания. Поэтому подключаем щуп мотор-тестера к первичной цепи катушки зажигания, а один из емкостных датчиков устанавливаем на центральный провод распределителя. Такое подключение позволяет, при необходимости, контролировать форму напряжения в первичной и вторичной цепи, одновременно для всех цилиндров. Для этого выбираем режим "Первичная и вторичная цепь 720 град", который и предназначен для одновременной оценки формы сигналов в обеих цепях системы зажигания.

Первичная и вторичная цепь "Парад" 720 град. До ремонта.

Видно, что амплитуда напряжения индуктивной фазы горения искры значительно больше, а время горения значительно меньше в четвертом цилиндре. Это явный признак неисправности. В электронных системах зажигания с одной общей катушкой и общей цепью прерывания первичной цепи, подобное значительное снижение времени горения искры в отдельном цилиндре редко происходит из-за неисправности в первичной цепи. В данном случае, мы видим, что угол и время замыкания первичной цепи равны для всех цилиндров. Данный факт указывает на то, что энергия, запасаемая в катушке зажигания, так же одинакова для всех цилиндров. Это подтверждает и форма тока в первичной цепи, снимаемая с помощью бесконтактного датчика тока.

Ток в первичной цепи системы зажигания.

Включаем режим контроля вторичного напряжения "Растр", различные варианты которого позволяют быстро оценить форму искрового разряда в отдельных цилиндрах.

Вторичная цепь "Растр". До ремонта.

Вторичная цепь "Растр". До ремонта.

Форма искры в четвертом цилиндре явно отличается от нормальной, которая наблюдается в первом и втором цилиндрах. Кстати, обращаем внимание и на то, что форма индуктивной фазы и параметры искрового разряда в третьем цилиндре тоже вызывают подозрение.

Вторичная цепь "Парад". До ремонта.

Напряжение горения искры в четвертом цилиндре около 2 кВ, что значительно превышает напряжение в остальных (1-1.3 кВ), а зафиксированное время горения - 0.64 мс, при 1-1.2 мс в других цилиндрах. Это уже явно указывает на дефект вторичной цепи четвертого цилиндра на участке распределитель - высоковольтный провод - свеча. Подобное изменение параметров индуктивной фазы искры может быть при разных дефектах на этом участке. А вот тот факт, что значение пробивного напряжения в четвертом цилиндре явно превышает среднее значение в остальных, а так же то, что отмеченная аномалия носит постоянный характер, позволяет более точно определить возможную причину неисправности. Дело в том, что если бы имел место искровой разряд (когда обычно говорят, что искра "шьет по телу" свечи) по черному бархатистому нагару, или по почти сплошным ферроценовым островкам, оставляемым антидетонационными присадками (так называемая "красная чума") на изоляторе свечи, так же наблюдается аналогичное изменение параметров индуктивной фазы разряда - увеличение напряжения горения искры с пропорциональным уменьшением ее длительности. Однако, при подобном дефекте пробивное напряжение обычно не возрастает, по сравнению с его значением при нормальном пробое свечного зазора, так как в этом случае, вместо того, чтобы преодолевать начальное и весьма значительное сопротивление искрового промежутка, и только потом "бежать" по "мостику", переброшенному через ионизированный в свечном зазоре газ с относительно низким сопротивлением (около 1кОм), носители заряда выбирают дорожку попроще - по "тропинке" на изоляторе, где не требуется слишком высокое пробивное напряжение. Только вот беда - сопротивление такой "тропинки" больше, чем сопротивление сильно ионизированного газа, между электродами свечи зажигания. По этой причине, напряжение индуктивной фазы искрового разряда выше, чем при нормальном пробое свечного зазора. В нашем случае, постоянно увеличенное пробивное напряжение в четвертом цилиндре указывает на то, что пробой происходит между электродами свечи зажигания, а не по поверхности изолятора свечи. Но в чем же все-таки причина такого отличия параметров искрового разряда? Постоянно завышенное пробивное напряжение, почти не снижающееся при плавном увеличении оборотов двигателя до 1500 об/мин скорее всего, указывает на наличие в цепи четвертого цилиндра "лишнего" сопротивления, возможно, увеличенного зазора свечи зажигания, повышенного сопротивления высоковольтного провода, а возможно и какого-то дефекта в распределителе зажигания.

Вторичная цепь "Пробивное напряжение". До ремонта.

Не станем долго гадать. Тем более, что сама процедура получения параметров системы зажигания, обычно занимает у диагноста намного меньше времени, чем собственно демонтаж, осмотр и "прозвонка" деталей, подлежащих проверке. В данном случае, нужно было проверить высоковольтный провод, крышку трамблера и свечу зажигания.

Снятый провод явно не хотел пропускать электрический ток. Дальнейшие "следственные мероприятия" указали на виновника - помехоподавительный резистор, встроенный в свечной наконечник, не подавал признаков жизни. Провод временно заменили на исправный, хотя и бывший в употреблении. Завели двигатель. Параметры сигнала четвертого цилиндра пришли в норму. Однако радость по этому поводу была омрачена тем, что двигатель продолжал работать с перебоями… Возможно это происходит по вине третьего цилиндра, ведь как мы видели, форма искрового разряда в нем тоже вызвала подозрение. Придется продолжить поиски причины такого поведения искры. "Прозвонка" провода третьего цилиндра с помощью тестера и внимательный осмотр снятой крышки распределителя нечего не дали. Решили проверить свечу зажигания. А вот и вероятная причина пропусков воспламенения смеси - на изоляторе трех электродной свечи, под одним из электродов видна тонкая "дорожка", оставляемая током, периодически уходящим по изолятору, красному от отложений антидетонационной присадки. Временная замена свечи зажигания, на обычную, одноэлектродную, привела нас к желаемому результату - исчезли пропуски в двигателе, он стал работать ровно, без неприятного "подергивания". Восстановилась и нормальная форма искры во всех цилиндрах.

Вторичная цепь "Растр". После ремонта.

С "родной", трех электродной свечей, очищенной на пескоструйном аппарате от "красной чумы", которая, вместе с многочисленными другими подарками автопрома дает дополнительный заработок нашей многочисленной армии диагностов, двигатель заработал так же нормально. Что и подтвердил повторный контроль параметров системы зажигания, проведенный с помощью мотор-тестера.

Система зажигания автомобиля электронная бесконтактная с распределителем высоковольтной энергии и управлением от ЭБУ впрыском топлива и зажиганием. Проявления неисправности заключались во внезапной потере мощности двигателя, которая так же внезапно и восстанавливалась, без всякой закономерности. На режиме холостого хода, без движения, спонтанно возникающая неисправность проявлялась при подаче на двигатель дополнительной нагрузки. Например, при попытке повернуть рулевое колесо на неподвижном автомобиле, из-за включения в работу гидроусилителя руля, двигатель мог заглохнуть. В движении, стоило проехать на автомобиле несколько сотен метров или, в лучшем случае, один-два километра, мощность двигателя резко падала, и ехать дальше можно было, только слегка давя на газ. Так же внезапно, мощность двигателя могла восстановиться, и он работал, как ни в чем не бывало. Намеренные поездки по гладкому асфальту и по неровной дороге и не позволили выявить какой-либо корреляции с проявлением неисправности и вибрацией кузова. Понятно, что радости такое поведение силового агрегата не доставляло.

При диагностике системы управления двигателем, было обнаружено, что время замкнутого состояния первичной цепи внезапно резко уменьшалось примерно в 15-20 раз, с 9 до примерно 0.5 миллисекунд. За такое короткое время, энергии, которая успевала накапливаться в первичной цепи катушки зажигания, хватало только для пробоя искрового промежутка свечи зажигания и поддержания чрезвычайно короткой индуктивной фазы искрового разряда.

Сигал во вторичной цепи системы зажигания.

То есть, такая слабая искра была еще способна как-то поджигать топливовоздушную смесь, но только при работе двигателя на холостом ходу. Однако, при небольшом увеличении нагрузки, энергии искры уже не хватало для воспламенения смеси, и двигатель глох. Виновником внезапного уменьшения времени накопления энергии мог быть только ЭБУ. Ведь в подобных, микропроцессорных системах зажигания, именно он отвечает за расчет времени накопления энергии и коммутацию тока в катушке. Тем более, что за свою многолетнюю практику, мы уже не раз имели дело с "Галантами", выпуска начала 90-х годов прошлого века, которые выходили из строя по вине блока управления.

Далее, ЭБУ был вскрыт. Ценой некоторых усилий его удалось отремонтировать, устранив последствия растекания по плате блока электролита из конденсатора. Правда, на это потребовалось значительно больше времени, чем на определение "виновности" ЭБУ. После ремонта блока управления, эта неприятная неисправность не возникала