Проверяем систему зажигания. Проверка зажигания осциллографом

Методика диагностики индивидуальной системы зажигания (система с одноискровой катушкой зажигания) отличается от диагностики классической (трамблерной) или DIS системы зажигания по причине отсутствия в ней внешних высоковольтных проводов. Как правило, индивидуальная система зажигания представляет из себя отдельную катушку зажигания и свечу на каждый цилиндр и имеет вид, представленный на рисунке. Часто индивидуальные катушки объединяют в единый модуль.

Внешний вид индивидуальной катушки зажигания
1. Электропроводка катушки
2. Разъем
3. Катушка зажигания
4. Колпачок свечи
5. Свеча зажигания

Поскольку вся вторичная цепь системы зажигания находится в колодце блока цилиндров, непосредственно использовать емкостные датчики не удастся. Снять осциллограмму вторичного напряжения с помощью емкостного датчика возможно только с одной катушки, т.е. датчик необходимо будет поочередно подключить ко всем катушкам. Для этого необходимо скрутить зажим и поднести торец датчика к открытой верхней части катушки.



Скрутите зажим с емкостного датчика



Диагностирование индивидуальной катушки зажигания с помощью емкостного датчика Cx

Осциллограмма, полученная таким методом будет несколько отличаться от классической осциллограммы



1. Осциллограмма, полученная на индивидуальной катушке емкостным датчиком
2. Классическая осциллограмма

При этом в настройках программы анализа вторичного напряжения необходимо выбрать либо «Режим одного цилиндра», либо «Последовательный режим».
Совет!
Видео-подсказка по применению "Последовательного режима"
Для удобной и быстрой диагностики сразу всех катушек зажигания возможно воспользоваться индуктивными датчиками.

Применение индуктивного датчика Lx4
Катушка зажигания работает по принципу повышающего трансформатора и имеет две обмотки. Первичная и вторичная обмотки имеют общий сердечник и связаны между собой электромагнитным полем. Следовательно, изменение силы тока в первичной обмотке приводит к изменению её электромагнитного поля и как результат - появлению ЭДС во вторичной обмотке. И наоборот, изменения силы тока во вторичной обмотке приводят к изменениям тока в первичной. Если расположить дополнительную катушку индуктивности в электромагнитном поле катушки зажигания, то в ней также будет возникать ЭДС, пропорционально изменениям магнитного поля в катушке. Таким образом, можно получить осциллограмму аналогичную классической осциллограмме вторичного напряжения.



1. Осциллограмма сигнала с индуктивного датчика
2. Классическая осциллограмма вторичного напряжения

Как видно на рисунке форма осциллограммы индуктивного датчика отличается от классической, поскольку электромагнитное поле является результатом суммирования полей созданных вторичной обмоткой, первичной обмоткой, а также сердечником катушки, который имеет определенный гистерезис магнитного поля. Однако изменения незначительны, и не создают трудностей в анализе.
Для проведения диагностики по данной методике необходимо использовать комплект индуктивных датчиков Lx4 (для одновременной диагностики 4х катушек зажигания) и Lx (для диагностики одной катушки зажигания или синхронизации). Внешний вид датчика представлен на рисунке.



1. Корпус датчика
2. Силиконовая присоска

Его чувствительный элемент представляет собой катушку индуктивности, которую необходимо разместить в электромагнитном поле катушки зажигания. Датчик фиксируется на корпусе катушки зажигания при помощи силиконовой присоски. Осциллограмма вторичного напряжения зависит от расположения датчика относительно поля катушки.



Пример осциллограммы при неправильной установке датчиков

Поэтому следует придерживаться следующих рекомендаций.
Основным нюансом является правильное ориентирование датчика в магнитном поле катушки. Как было отмечено выше, чувствительным элементом датчика является стержневая катушка индуктивности, которая имеет ось симметрии, как указано на рисунке.



Конструкция индуктивного датчика

Теперь рассмотрим конструкцию катушки зажигания. Наиболее распространенными являются катушки двух типов: стержневые и компактные. Два этих типа отличаются расположением магнитопровода. В стержневых катушках магнитопровод представляет собой стержневой сердечник, расположенный вдоль оси симметрии корпуса катушки. Следовательно, ось симметрии катушки расположена как показано на рисунке.



Расположение трансформатора в стержневой катушке зажигания.

Для получения более информативной осциллограммы, необходимо разместить ось симметрии катушки датчика вдоль оси симметрии катушки зажигания. Как правило, верхняя часть катушки зажигания представляет собой плоскость, на которой и нужно расположить датчик. Фиксируется датчик при помощи мягкой силиконовой присоски. Перед монтажом обязательно необходимо очистить поверхность катушки от грязи и пыли. Для более надежной фиксации следует использовать консистентную силиконовую смазку или Литол.



Фиксация индуктивного датчика на корпусе стержневой катушке зажигания

Второй тип индивидуальных катушек зажигания называется компактной.



Внешний вид компактной катушки зажигания

Ее сердечник расположен в верхней части перпендикулярно оси.



Расположение трансформатора в компактной катушке зажигания.

Поэтому наиболее оптимальным будет расположение датчика на торцевой поверхности катушки, как показано на рисунке.



Расположение датчика на компактной катушке

Для получения импульсов синхронизации используется датчик Lx1. Его необходимо располагать на катушке зажигания первого цилиндра, рядом с датчиком Lx4. Точное расположение датчика синхронизации не столь критично, так как его задача только детектировать импульс пробоя.



Расположение датчика синхронизации на компактной катушке



Общий вид расположения датчиков

После монтажа всех датчиков на катушках, рекомендуется подключить разъем датчика Lx4 к 8-му Аналоговому каналу, а разъем датчика Lx1 к логическому каналу осциллографа.



В результате должна получиться аналогичная осциллограмма



Осциллограмма напряжения системы зажигания

В бензиновом двигателе воспламенение топливной смеси осуществляется искровым разрядом, возникающем между электродами свечи зажигания под действием высокого напряжения.
К системам зажигания предъявляют следующие требования:

  1. напряжение во вторичной цепи должно быть достаточным для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование (не менее 16 кВ при пуске холодного и 12 кВ при работе прогретого двигателя);
  2. искра, образующаяся между электродами свечи, должна обладать до­статочными энергией и продолжительностью для воспламенения рабочей смеси (зависит от ее состава, плотности и температуры);
  3. момент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать режиму работы двигателя;
  4. работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузках;
  5. низкий уровень радиопомех при работе системы.

Исходя из этих требований, любая система зажигания характеризуется следующими основными параметрами:

Время накопления энергии катушкой (угол замкнутого состояния контактов) – время от момента начала накопления энергии (конкретно в контактной системе - момента замыкания контактов прерывателя; в других системах - момента срабатывания силового транзистора) до момента возникновения искры (конкретно в контактной системе - момента размыкания контактов прерывателя либо отсечки тока транзистором). Данная величина характеризует величину энергии, накапливаемой катушкой.

Напряжение пробоя - напряжение во вторичной цепи в момент образования искры, фактически, максимальное напряжение во вторичной цепи. Системы зажигания рассчитываются с учетом коэффициента запаса по вторичному напряжению, это значит, что максимально развиваемое катушкой напряжение всегда превышает напряжение пробоя в наихудших условиях работы двигателя, может достигать 20 кВ.

Напряжение горения – напряжение горения электрической дуги, установившееся во вторичной цепи после пробоя электродного зазора. Эта величина значительно меньше напряжения пробоя и составляет единицы кВ.

Время горения - длительность горения электрической дуги. Поджиг топливной смеси происходит при горении дуги, поэтому определение ее характеристик дает очень важную информацию при оценке исправности системы.

Угол опережения зажигания (УОЗ) - угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента возникновения искры до момента достижения соответствующим цилиндром верхней мертвой точки (ВМТ). Оптимально поджигать смесь до подхода поршня к верхней мертвой точке в такте сжатия, чтобы после достижения поршнем ВМТ газы успели набрать максимальное давление и совершить максимальную полезную работу на такте рабочего хода.

Любая система зажигания четко делится на две части:

Низковольтную (первичную) цепь - включает первичную обмотку катушки зажигания и непосредственно связанные с ней цепи прерывателя, коммутатора и других компонентов в зависимости от устройства конкретной системы.
- высоковольтную (вторичную) цепь - включает вторичную обмотку катушки зажигания, систему распределения высоковольтной энергии, высоковольтные провода, свечи.
1. источник питания - аккумуляторная батаррея (АКБ) или генератор;
2. преобразователь напряжения - преобразует постоянное напряжение бортовой сети автомобиля в высоковольтный импульс;
3. устройство управления накоплением энергии - определяет момент начала накопления энергии и момент зажигания;
4. распределитель зажигания - коммутирует катушку зажигания с одной из свечей в соответствии порядку работы цилиндров;
5. свечи зажигания - необходимы для образования искрового разряда и зажигания топливной смеси в камере сгорания двигателя.

Свечи устанавливаются в головке цилиндра. Когда импульс высокого напряжения подается на свечу, между ее электродами проскакивает искра, которая и воспламеняет рабочую смесь. Как правило, устанавливается по одной свече на цилиндр. Однако бывают и более сложные системы с двумя свечами на цилиндр.

Системы с механическим распределителем энергии

Классическая (трамблерная) система зажигания , довольно распространенная среди устаревших авто.


Принципиальная схема классической системы зажигания
1. выключатель зажигания;
2. источник питания;
3. конденсатор;
4. катушка зажигания;
5. механический прерыватель;
6. вал прерывателя;
7. свечи зажигания;
8. распределитель.

Распределитель зажигания, трамблер(distributor) - распределяет высокое напряжение от катушки к свечам цилиндров двигателя. На контактных системах зажигания, как правило, объединен с прерывателем, на бесконтактных - с датчиком импульсов, на более современных либо отсутствует, либо объединен с катушкой зажигания (при этом центральный провод может отсутствовать), коммутатором и датчиками.

Распределитель работает следующим образом. Высокое напряжение, создаваемое во вторичной обмотке катушки зажигания, подается на центральную клемму распределителя зажигания. Вращающийся ротор распределителя (бегунок) образует коммутацию этой центральной клеммы и внешних электродов в такой последовательности, что высокое напряжение направляется к свече зажигания того цилиндра, поршень в котором находится в конце такта сжатия, и там создает искру. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, последовательность работы цилиндров 1-3-4-2. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения нагрузки на коленчатый вал двигателя. Синхронизация с коленчатым валом обеспечивается за счет постоянной механической связи распределителя зажигания с распределительным валом или любым другим валом, связанным с коленчатым валом при передаточном отношении между ними, равном 2:1.

Механический прерыватель – устройство управления накоплением энергии, замыкает и размыкает питание первичной обмотки катушки зажигания в зависимости от угла поворота распредвала. Контакты прерывателя находятся под крышкой распределителя зажигания.

Параллельно контактам включен конденсатор . Он необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время разрыва контактов, между ними образуется высокое напряжение, которое приводит к образованию искры, но конденсатор поглощает в себя большую часть энергии и искрение уменьшается до незначительного. При выходе конденсатора из строя, будут сильно обгорать контакты прерывателя.

В этой системе также присутствуют механизмы корректировки опережения зажигания: центробежный и вакуумный регуляторы.

Описанная система отличается простотой конструкции. Недостатками является наличие ненадежных механических элементов, прерыватель коммутирует большие токи, что со временем приводит к выходу его из строя, искрение в прерывателе и распределителе приводит к радиопомехам.

Одной из разновидностей классической системы, частично лишенной недостатков прерывателя, является классическая система с транзисторным коммутатором .

Коммутатор - это транзисторный ключ, который в зависимости от управляющего сигнала, включают или отключают питание первичной обмотки катушки зажигания. В зависимости от устройства конкретной системы зажигания, коммутатор может быть как один, так их может быть и несколько (если в системе зажигания используется несколько катушек).

В этом случае механический прерыватель управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет катушкой. Такая конструкция имеет существенное преимущество перед прерывателем без транзисторного коммутатора - оно заключается в том, что контактный прерыватель коммутирует значительно меньший ток. Следовательно, практически исключается пригорание контактов прерывателя во время размыкания, отсутствует необходимость в конденсаторе. В остальном система полностью аналогична классической системе. Обе описанные системы зажигания с механическим прерывателем имеют общее название - контактные системы зажигания .


Принципиальная схема системы зажигания с механическим прерывателем и транзисторным коммутатором VT – силовой транзистор.

Бесконтактные системы зажигания (БСЗ). В этом случае вместо механического прерывателя используется датчик - генератор импульсов с преобразователем сигналов, который управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет катушкой зажигания.

В системах зажигания с транзисторным коммутатором используются датчики трех типов:

Датчик Холла;
- индуктивный датчик;
- оптический.

Со временем, дополнительной задачей коммутатора зажигания стала зарядка катушки необходимой энергией, т.е. до момента зажигания коммутатор должен предугадать, когда нужно начать зарядку катушки, чтобы получить максимальную энергию искры и избежать перегрева катушки. Причём, он должен это сделать так, чтобы время заряда катушки было приблизительно постоянным.

Для этого коммутатор вычисляет скорость вращения двигателя и в зависимости от нее вычисляет момент замыкания катушки на землю. Другими словами, чем выше обороты двигателя, тем раньше коммутатор будет начинать замыкать катушку на землю, но время замкнутого состояния будет одинаковым.


Общая схема бесконтактной системы зажигания К – коммутатор;
БД – бесконтактный датчик;
Системы зажигания со статическим распределением энергии

Данные системы имеют принципиальное отличие от выше описанных. В системах зажигания со статическим распределением энергии DLI (DistributorLess Ignition) отсутствует механический распределитель. Катушки зажигания напрямую соединены со свечами зажигания и распределение напряжения осуществляется на первичной стороне катушек зажигания. Исключается и применение элементов, которые подвержены потерям энергии в них, а также износу. Такой способ распределения напряжения применяется в двух вариантах: с одно- и двухискровыми катушками зажигания.

Системы с одноискровыми катушками зажигания

В одноискровой системе каждая свеча имеет свою индивидуальную катушку зажигания. Блок управления двигателем включает в работу катушки зажигания в соответствии с установленным порядком работы цилиндров. Так как отсутствуют потери энергии в распределителе, то эти катушки зажигания могут быть очень компактных размеров. В основном, они располагаются непосредственно над свечами зажигания.

Неподвижное распределение напряжения с одноискровыми катушками зажигания применимо универсально для любого количества цилиндров. Нет ограничений на диапазоны регулировки опережения угла зажигания. Дополнительным преимуществом является то, что при выходе и строя катушки, перестанет работать только один цилиндр, а система в целом сохранит работоспособность. Однако, здесь необходимо применение датчика вращения коленвала с целью синхронизации работы всей системы с частотой вращения этого вала.

Коммутатор в таких системах может представлять собой один блок для всех катушек зажигания или отдельные блоки для каждой катушки зажигания, кроме того, он может быть интегрирован в электронный блок управления, а также может устанавливаться отдельно. Катушки зажигания также могут стоять как отдельно, так и единым блоком (но в любом случае отдельно от ЭБУ), а кроме того, могут быть объединены с коммутаторами.


Общая схема систем независимого зажигания

1. высоковольтные провода;
2. свечи зажигания;
ЭБУ – электронный блок управления двигателем;
К – коммутатор;
КЗ – катушка зажигания.

Одной из наиболее популярных разновидностей таких систем является COP система (Coil on Plug - "катушка на свече") , в ней катушка зажигания ставится прямо на свечу. Таким образом, стало возможным полностью избавится еще от одного ненадежного компонента системы зажигания - высоковольтных проводов.


Общая схема системы COP

В системах с двухискровыми катушками (DIS) на каждые два цилиндра приходися по одной катушке зажигания. Концы вторичной обмотки подключены к свечам зажигания в разных цилиндрах. Цилиндры выбраны так, что при такте сжатия в одном цилиндре во втором происходит такт выпуска (при четном количестве цилиндров). В момент зажигания на обеих свечах зажигания образуется искра на первой катушка дает «рабочую искру», а на второй – «холостую».

Например, в классическом 4-х цилиндровом двигателе в цилиндрах 1 и 4 поршни занимают одно и то же положение (оба находятся в верхней или нижней мертвых точках одновременно) и движутся синхронно, но находятся на разных тактах. Когда цилиндр 1 находится на компрессионном ходу, цилиндр 4 - на такте выпуска, и наоборот.


Общая схема системы DIS

Катушки зажигания в системе DIS могут устанавливаться как отдельно от свечей и связываться с ними высоковольтными проводами, так и прямо на свечах (как в системе COP, но в этом случае высоковольтные провода все равно используются для передачи разряда на свечи смежных цилиндров).


Общая схема системы "DIS-COP"

Неисправности в системе зажигания приводят к пропускам воспламенения топливной смеси в цилиндрах, в результате двигатель не развивает мощность, работает нестабильно, «троит», повышается нагрузка на рабочие цилиндры, что приводит к снижению их времени эксплуатации, увеличению расхода топлива.

Современных автомобилей проводится с помощью мотор-тестера . Этот прибор показывает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания, а также в реальном времени предоставляет информацию об импульсах зажигания, значении пробивного напряжения, времени горения и силе искры. В основе мотор-тестера лежит цифровой осциллограф , а результаты выводятся на экран компьютера или планшета.

Методика диагностики основана на том факте, что любая неисправность как в первичной, так и во вторичной цепи всегда находит отражение в форме осциллограммы. На нее влияют следующие параметры:

  • угол опережения зажигания;
  • частота вращения коленчатого вала;
  • угол открытия дроссельной заслонки;
  • значение давления наддува;
  • состав рабочей смеси;
  • другие факторы.

Таким образом, с помощью осциллограммы можно диагностировать неисправности не только в системе зажигания автомобиля, но и в других его узлах и механизмах. Поломки системы зажигания делятся на постоянные и спорадические (возникающие лишь при определенных условиях работы). В первом случае используют стационарный тестер, во втором - мобильный, используемый во время движения машины. В связи с тем, что существует несколько систем зажигания, полученные осциллограммы будут давать разную информацию. Рассмотрим эти ситуации более детально.

Классическое зажигание

Рассмотрим на примере осциллограмм конкретные примеры неисправностей. На рисунках красным цветом обозначены графики неисправной системы зажигания, соответственно, зеленым - исправной.

Обрыв после емкостного датчика

Обрыв высоковольтного провода между точкой установки емкостного датчика и свечами зажигания . В этом случае происходит увеличение напряжения пробоя вследствие возникновения дополнительного последовательно включенного искрового зазора, а время горения искры уменьшается. В редких случаях искра вообще не появляется.

Допускать продолжительную работу с такой неисправностью не рекомендуется, поскольку она может привести к пробою высоковольтной изоляции элементов системы зажигания и повреждению силового транзистора коммутатора.


Обрыв провода перед емкостным датчиком

Обрыв центрального высоковольтного провода между катушкой зажигания и точкой установки емкостного датчика . В этом случае также возникает дополнительный искровой зазор. Из-за этого напряжение искры увеличивается, а время ее существования уменьшается.

В данном случае причиной искажения осциллограммы является то, что когда горит искровой разряд между свечными электродами, параллельно он горит и между двумя концами разорванного высоковольтного провода.

Сопротивление высоковольтного провода между точкой установки емкостного датчика и свечей зажигания значительно увеличено.

Увеличенное сопротивление высоковольтного провода между точкой установки емкостного датчика и свечей зажигания . Сопротивление провода может быть увеличено в силу окисления его контактов, старения проводника или использования слишком длинного провода. Из-за увеличения сопротивления на концах провода падает напряжение. Поэтому форма осциллограммы искажается таким образом, что напряжение в начале горения искры оказывается значительно большим, чем напряжение в конце горения. Из-за этого продолжительность горения искры становится меньше.

Неисправности в высоковольтной изоляции чаще всего являют собой ее пробои. Они могут случиться между:

  • высоковольтным выводом и одним из выводов первичной обмотки катушки или “массой”;
  • высоковольтным проводом и корпусом двигателя;
  • крышкой распределителя зажигания и корпусом распределителя;
  • бегунком распределителя и валом распределителя;
  • “колпаком” высоковольтного провода и корпусом двигателя;
  • наконечником провода и корпусом свечи или корпусом двигателя;
  • центральным проводником свечи и ее корпусом.

Как правило, в режиме холостого хода или на малых нагрузках двигателя найти повреждение изоляции достаточно сложно, в том числе и при диагностике двигателя с помощью осциллографа или мотор-тестера. Соответственно, мотору необходимо создать критические условия, чтобы пробой проявился явно (пуск двигателя, резкое открытие дроссельной заслонки, работа на низких оборотах при максимальной нагрузке).

После возникновения разряда в месте повреждения изоляции во вторичной цепи начинает течь ток. Поэтому напряжение на катушке уменьшается, и не достигает значения, необходимого для пробоя между электродами на свече.

Слева на рисунке вы можете видеть образование искрового разряда за пределами камеры сгорания вследствие повреждения высоковольтной изоляции системы зажигания. В данном случае двигатель работает с высокой нагрузкой (перегазовка).

Поверхность изолятора свечи зажигания сильно загрязнена со стороны камеры сгорания.

Загрязнение изолятора свечи зажигания со стороны камеры сгорания . Это может произойти из-за отложения сажи, масла, остатков от присадок к топливу и маслу. В этих случаях цвет нагара на изоляторе значительно изменится. Информацию о диагностике двигателя по цвету нагара на свече вы можете .

Значительное загрязнение изолятора может стать причиной появления поверхностных искровых разрядов. Естественно, что такой разряд не обеспечивает надежного воспламенения топливовоздушной смеси, из-за чего возникают пропуски воспламенения. Иногда в случае загрязнения изолятора поверхностные пробои могут возникать непостоянно.


Форма импульсов высокого напряжения, формируемого катушкой зажигания с межвитковым пробоем.

Пробой межвитковой изоляции обмоток катушки зажигания . В случае возникновения такой неисправности искровой разряд возникает не только на свече зажигания, но и внутри катушки зажигания (между витками ее обмоток). Он естественным образом отбирает энергию у основного разряда. И чем дольше катушка эксплуатируется в таком режиме - больше энергии теряется. При малых нагрузках на двигатель описываемая неисправность может не ощущаться. Однако при возрастании нагрузки двигатель может начать “троить”, терять мощность.

Зазор между электродами свечи зажигания и компрессия

Зазор между электродами свечи уменьшен. Двигатель работает на холостом ходу без нагрузки.

Упомянутый зазор выбирается для каждой машины индивидуально, и зависит от следующих параметров:

  • максимально развиваемое катушкой напряжение;
  • прочность изоляции элементов системы;
  • максимальное давление в камере сгорания в момент искрообразования;
  • планируемый срок службы свечей.

Зазор между электродами свечи зажигания увеличен. Двигатель работает на холостом ходу без нагрузки.

С помощью проверки зажигания осциллографом можно найти несоответствия расстояния между электродами свечи. Так, если расстояние уменьшилось, то снижается вероятность воспламенение топливно-воздушной смеси. В этом случае для пробоя нужно меньшее пробивное напряжение.

Если зазор между электродами на свече увеличивается, то значение пробивного напряжения возрастает. Поэтому, чтобы обеспечить надежное воспламенение топливной смеси необходимо эксплуатировать двигатель при небольшой нагрузке.

Обратите внимание, что длительная работа катушки в режиме, когда она выдает максимально возможную искру, во-первых, приводит к ее чрезмерному износу и раннему выходу из строя, а во-вторых, это чревато пробоем изоляции в других элементах системы зажигания, особенно в высоковольтных. Еще велика вероятность поломки элементов коммутатора, в частности, его силового транзистора, обслуживающего проблемную катушку зажигания.

Низкая компрессия . При проверке системы зажигания осциллографом или мотор-тестером можно выявить низкую компрессию в одном или нескольких цилиндрах. Дело в том, что при низкой компрессии в момент искрообразования давление газов оказывается заниженным. Соответственно, давление газов между электродами свечи зажигания в момент искрообразования также занижено. Поэтому для пробоя нужно меньшее напряжение. Форма импульса при этом не меняется, а изменяется лишь амплитуда.

На рисунке справа вы видите осциллограмму, когда давление газов в камере сгорания в момент искрообразования занижено вследствие низкой компрессии или вследствие большого значения угла опережения зажигания. Двигатель в данном случае работает на холостом ходу без нагрузки.

DIS-система зажигания

Высоковольтные импульсы зажигания, генерируемые исправными DIS-катушками зажигания двух различных двигателей (работают на холостом ходу без нагрузки).

DIS-система (Double Ignition System) зажигания имеет особые катушки зажигания. Они отличаются тем, что оснащаются двумя высоковольтными выводами. Один из них подсоединяется к первому из концов вторичной обмотки, второй - ко второму концу вторичной обмотки катушки зажигания. Каждая такая катушка обслуживает два цилиндра.

В связи с описанными особенностями проверка зажигания осциллографом и съем осциллограммы напряжения высоковольтных импульсов зажигания при помощи емкостных DIS-датчиков происходит дифференциально. То есть, получается фактический съем осциллограммы выходного напряжения катушки. Если катушки исправны, то в конце горения должны наблюдаться затухающие колебания.

Для проведения диагностики DIS-системы зажигания по первичному напряжению, необходимо поочередно снять осциллограммы напряжения на первичных обмотках катушек.

Описание рисунка:


Осциллограмма напряжения на вторичной цепи DIS-системы зажигания

  1. Отражение момента начала накопления энергии в катушке зажигания. Он совпадает с моментом открытия силового транзистора.
  2. Отражение зоны перехода коммутатора в режим ограничения тока в первичной обмотке катушки зажигания на уровне 6...8 А. Современные DIS-системы имеют коммутаторы без режима ограничения тока, поэтому зона высоковольтного импульса отсутствует.
  3. Пробой искрового промежутка между электродами обслуживаемых катушкой свечей зажигания и начало горения искры. Совпадает по времени с моментом закрытия силового транзистора коммутатора.
  4. Участок горения искры.
  5. Конец горения искры и начало затухающих колебаний.

Описание рисунка:


Осциллограмма напряжения на управляющем выводе DIS катушки зажигания.

  1. Зона перехода коммутатора в режим ограничения тока в первичной цепи по достижении тока в первичной обмотке катушки зажигания, равного 6...8 А. В современных DIS-системах зажигания, коммутаторы не имеют режима ограничения тока, и, соответственно, отсутствует зона 2 на осциллограмме первичного напряжения отсутствует.
  2. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (во вторичной цепи при этом возникает пробой искровых промежутков между электродами обслуживаемых катушкой свечей зажигания и начало горения искры).
  3. Отражение горения искры.
  4. Отражение прекращения горения искры и начало затухающих колебаний.

Индивидуальное зажигание

Системы индивидуального зажигания устанавливаются на большинство современных бензиновых двигателей. Они отличаются от классических и DIS-систем тем, что каждая свеча обслуживается индивидуальной катушкой зажигания . Как правило, катушки устанавливаются непосредственно над свечами. Изредка коммутация производится при помощи высоковольтных проводов. Катушки бывают двух типов - компактные и стержневые .

При проведении диагностики системы индивидуального зажигания контролируют следующие параметры:

  • наличие затухающих колебаний в конце участка горения искры между электродами свечи зажигания;
  • продолжительность времени накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания (как правило, находится в пределах 1,5...5,0 мс в зависимости от модели катушки);
  • продолжительность горения искры между электродами свечи зажигания (как правило, составляет 1,5...2,5 мс в зависимости от модели катушки).

Диагностика по первичному напряжению

Для проведения диагностики индивидуальной катушки по первичному напряжению, нужно просмотреть осциллограмму напряжения на управляющем выводе первичной обмотки катушки при помощи осциллографического щупа.

Описание рисунка:


Осциллограмма напряжения на управляющем выводе первичной обмотки исправной индивидуальной катушки зажигания.

  1. Момент открытия силового транзистора коммутатора (начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания).
  2. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (ток в первичной цепи резко прерывается и возникает пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания).


На рисунке слева вы можете видеть осциллограмму напряжения на управляющем выводе первичной обмотки неисправной индивидуальной КЗ. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний после окончания горения искры между электродами свечи (участок “4”).

Диагностика по вторичному напряжению с помощью емкостного датчика

Использование емкостного датчика для получения осциллограммы напряжения на катушке более предпочтительно, так как сигнал, полученный с его помощью более точно повторяет осциллограмму напряжения во вторичной цепи диагностируемой системы зажигания.


Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной компактной индивидуальной КЗ, полученная при помощи емкостного датчика

Описание рисунка:

  1. Начало накопления энергии в магнитном поле катушки (совпадает по времени с моментом открытия силового транзистора коммутатора).
  2. Пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания и начало горения искры (в момент закрытия силового транзистора коммутатора).
  3. Участок горения искры между электродами свечи.
  4. Затухающие колебания, возникающие после окончания горения искры между электродами свечи.


Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной компактной индивидуальной КЗ, полученная при помощи емкостного датчика. Наличие затухающих колебаний сразу после пробоя искрового промежутка между электродами свечи (участок отмечен символом “2”) является следствием конструктивных особенностей катушки и не является признаком неисправности.


Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной компактной индивидуальной КЗ, полученная при помощи емкостного датчика. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний после окончания горения искры между электродами свечи (участок отмечен символом “4”).

Диагностика по вторичному напряжению с помощью индуктивного датчика

Индуктивный датчик при проведении диагностики по вторичному напряжению применяется в тех случаях, когда съем сигнала с помощью емкостного датчика невозможен. Такими катушками зажигания являются в основном стержневые индивидуальные КЗ, компактные индивидуальные КЗ со встроенным силовым каскадом управления первичной обмоткой, и объединенные в модули индивидуальные КЗ.


Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной стержневой индивидуальной КЗ, полученная с помощью индуктивного датчика.

Описание рисунка:

  1. Начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания (совпадает по времени с моментом открытия силового транзистора коммутатора).
  2. Пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания и начало горения искры (момент закрытия силового транзистора коммутатора).
  3. Участок горения искры между электродами свечи зажигания.
  4. Затухающие колебания, возникающие сразу после окончания горения искры между электродами свечи зажигания.


Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной стержневой индивидуальной КЗ, полученная при помощи индуктивного датчика. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний в конце периода горения искры между электродами свечи зажигания (участок отмечен символом “4”).


Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной стержневой индивидуальной КЗ, полученная при помощи индуктивного датчика. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний в конце горения искры между электродами свечи зажигания и очень короткое время горения искры.

Заключение

Диагностика системы зажигания с помощью мотор-тестера является самым совершенным методом выявления неисправностей . С его помощью можно выявить поломки еще на начальном этапе их появления. Единственным недостатком такого способа диагностики является высокая цена оборудования. Поэтому проверку можно проводить лишь на специализированных станциях СТО, где есть соответствующие аппаратные и программные средства.

Зона А: транзистор коммутатора заперт, поэтому на управляющем выводе катушки зажигания должно присутствовать напряжение равное напряжению на питающем проводе, т.е. напряжение бортсети (реально - чуть меньше, чем мы можем наблюдать на клеммах аккумулятора из-за неизбежных падений напряжения в переходах проводки). Линия должна быть ровной. Полезность графика в сравнении с использовании вольтметра в том, что позволяет обнаружить плохие контакты в силовых массах, внутригенераторных соединениях, в этом случае линия становится горбатой;

Зона B: коммутатор прижимает к земле управляющий вывод КЗ - происходит заряд первичной обмотки. Напряжение на управляющем выводе близко к нулю. В рассматриваемом примере оно равно 0,9 вольт относительно минуса аккумулятора (точка B). Длительность заряда определяется типом и конструктивными особенностями системы зажигания, а момент начала заряда еще и режимом работы двигателя. Существуют системы зажигания которые не регулируют ток заряда первичной обмотки в процессе заряда, а ограничивают его пассивной константой. В этом случае коммутатор старается держать близким к земле вывод катушки все время до отсечки. Такое поведение сохраняется в любом режиме работы двигателя и при любой длительности заряда. Рассматриваемая осциллограмма принадлежит как раз к такой "тупой" системе и снята на двигателе ЗМЗ409 с ЭСУД Микас-7 (УАЗ Патриот). Более продвинутые системы не допускают увеличение тока свыше определенной величины и стабилизируют это значение к моменту разрыва (типовые значения разрыва 6-7 ампер). Момент перехода к току удержания выглядит как небольшая ступенька в зоне заряда (полка B2).

Эти системы могут в определенных режимах переходить от первого режима (тупого) к продвинутому, и обратно. К примеру, системы зажигания управляемые ЭСУД Январь5.1 доверяют эту обязанность модулю зажигания, который в зависимости от длительности управляющего импульса и напряжения питания выбирает тот или иной режим оптимально решая две задачи: получение требуемой энергии разряда и предохраняя самого себя от выхода из строя из-за перегрева.
Завершение зоны В происходит в результате резкого запирания выходного транзистора коммутирующего устройства - так называемая отсечка. Причем чем больший ток имелся в первичной обмотке к моменту разрыва, тем больше энергии будет отдано во вторичную обмотку которая генерирует разряд. Зона В на осциллограмме должна завершаться строго вертикальным подъемом. Сама зона B (либо B1 +B2) и переход к вертикали не должны иметь каких-либо шероховатостей или изломов. На втором рисунке такие изломы есть, этот сигнал был записан на автомобиле с неисправным коммутатором. Общий принцип - все переходы в зоне B (B1+B2) должны быть резкие, а сглаженные переходы должны вызывать подозрения (как пример см. историю №9 в Хронике)

Зона С характеризуется большим пиком напряжения. К сожалению, этот параметр разнится в зависимости от используемых систем зажигания и поэтому однозначно указать какое напряжение считать нормальным заранее невозможно - вывод нужно привязывать к конкретной системе. Заниженный против нормы пик позволяет подозревать в неисправности коммутатор который не обеспечил требуемый ток к моменту разрыва. Обычно этот пик лежит в диапазоне 250-400 вольт. Неисправная КЗ также может быть причиной заниженного пика. Учтите, что звуковая карта иногда сама подрезает пики из-за того что пик очень короткий по времени и она не успевает его пофиксить. Однако в череде разрядов идущих подряд обязательно окажутся разряды с полноценно зафиксированными пробоями по которым и следует делать анализ. Отмечу, что этот параметр (фиксация пробойных пиков) явяляется единственным где показания звуковухи требуют осмотра большего количества разрядов для получения объективного вывода. Необходимое их количество может быть получено в пределах одной съемки длительностью 3-4 секунды. Зона С завершается высокочастотным переходом после чего возникает искровая дуга (зона D).


Зона D - зона жизни искры. Для диагностики важны: форма, длительность и в меньшей степени - значение напряжения.
Форма: В идеале на холостом ходу линия горения должна быть горизонтальной и обязательно заканчиваться взлетом на исходе, который переходит в зону затухающих колебаний (взлет означает исчезновение искры). На практике допустимы шероховатости проникающие из вторичной цепи в первичную из-за наличия трансформаторной связи между обмотками (это выручает в случаях когда вторичка недоступна - первичка отражает в себе как в зеркале процессы протекающие во вторичной цепи). В зоне нагрузок (пуск, начало разгона) или оборотов выше холостого хода, отсутствие шероховатостей или изломов на линии горения должно вызвать настороженность, т.к. в этом режиме они обязаны быть, а ровная линия может говорить о разряде происходящем вне искрового зазора свечи.

Крутой уклон линии горения при её чистоте однозначно говорит о пробое вне искрового зазора. Вот как выглядит осциллограмма при пробое через тело свечного колпачка на стенку свечного колодца, что является частой неисправностью зажигания 406 двигателя, и вообще многих двигателей свечи которых утоплены в колодцах:

Длительность:
довольно существенный показатель здоровья катушки зажигания. Длительность и напряжение горения тесно взаимосвязаны между собой. Если завышено напряжение горения, то будет сокращена длительность искры, и наоборот. Исправные катушки должны обеспечивать длительность не менее 0,8мсек на холостом ходу при свечных зазорах рекомендованных изготовителем. Этот параметр достигает гигантских величин при использовании индивидуальных катушек: 1,5-2,5мсек.

Хорошим показателем на ВАЗах периода модулей зажигания является значение 1 - 1,2 мсек. Особняком здесь стоит новосибирский модуль ПО "Север", даже будучи полностью исправным не обеспечивает длительность более 0,8мсек. На холостом ходу длительность всегда больше чем в режиме нагрузки, но в режиме нагрузки возрастает напряжение горения. Уменьшение свечного зазора понижает напряжение горения и увеличивает длительность искры, верно и обратное. Это предсказуемо если не забывать что величина свечного зазора есть сопротивление. Чем больше сопротивление, тем выше на нем падение напряжения, что и наблюдается в подъеме линии горения на осциллограмме.

Зона остаточных колебаний отображает процесс бесполезного расходования остатков энергии разряда. При исправной катушке колебания обязаны быть. Их количество зависит от индуктивности катушки, и этот параметр разнится в зависмости от модели. Особняком здесь стоят катушки зажигания применяемые на ЗМЗ-406(5,9). Одно, от силы два колебания являются нормой, а у большинства других катушек нормой является 3-4 затухающих колебания. Явным признаком неисправности катушки явялется пологое снижение напряжения после завершения зоны искры.
Вот пара типовых осциллограмм индивидуальных катушек на 16клапанном двигателе.

21.07.2008

На большинстве современных бензиновых двигателей применяются системы индивидуального зажигания. Данная система зажигания отличается от классического зажигания и от DIS-системы зажигания тем, что каждая свеча зажигания в такой системе обслуживается собственной (индивидуальной) катушкой зажигания. В зависимости от устройства сердечника, индивидуальные катушки зажигания делятся на два типа - компактные, и стержневые -
фото 1

Компактная (слева) и стержневая (справа) индивидуальные катушки зажигания, устанавливаемые непосредственно над свечами зажигания.
Конструктивно, индивидуальные катушки зажигания могут быть выполнены как отдельные элементы, либо объединены в модули по две, три или четыре катушки зажигания в одном модуле - фото 2


Модуль зажигания, состоящий из четырёх компактных индивидуальных катушек зажигания. Модуль устанавливается непосредственно над свечами зажигания.

В большинстве случаев, индивидуальные катушки зажигания устанавливаются непосредственно над свечами зажигания. Но встречаются двигатели, где катушки зажигания соединены со свечами зажигания посредством высоковольтных проводов - фото 3

Модули зажигания, состоящие из двух индивидуальных катушек зажигания, соединённых со свечами зажигания посредством высоковольтных проводов
(на приведённом примере, каждый цилиндр двигателя оснащён двумя свечами зажигания, обслуживаемыми собственным модулем).

Принцип действия.
Индивидуальная катушка зажигания за один рабочий цикл двигателя генерирует одну искру зажигания. Поэтому, в индивидуальных системах зажигания требуется синхронизация работы катушек с положением распределительного вала.
При подаче напряжения на первичную обмотку катушки зажигания, через первичную обмотку начинает течь ток, вследствие чего в сердечнике катушки изменяется величина магнитного потока. Изменение величины магнитного потока в сердечнике катушки приводит к возникновению напряжения положительной полярности на вторичной обмотке. Так как скорость нарастания тока в первичной обмотке при этом относительно небольшая, то и возникающее при этом напряжение на вторичной обмотке относительно мало и находится в диапазоне 1…2 kV. Но при определённых обстоятельствах этой величины напряжения может оказаться достаточно для несвоевременного возникновения искрового разряда между электродами свечи зажигания и как следствие, слишком раннего воспламенения рабочей смеси. Во избежание возможных повреждений двигателя вследствие несвоевременного возникновения искрового разряда, образование искрового разряда между электродами свечи зажигания при подаче напряжения на первичную обмотку катушки зажигания должно быть исключено. В системах индивидуального зажигания, возникновение этого разряда предотвращается с помощью встроенного в корпус катушки зажигания диода EFU, включённого последовательно в цепь вторичной обмотки.
В момент закрытия оконечного каскада зажигания, ток в первичной цепи резко прерывается, и магнитный поток стремительно уменьшается. Это быстрое изменение величины магнитного потока приводит к возникновению высокого напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания (при определённых условиях, напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания может достигать 40…50 kV). Когда это напряжение достигает значения, обеспечивающего образование искры между электродами свечи зажигания, сжатая в цилиндре рабочая смесь воспламеняется от искрового разряда между электродами свечи зажигания.


Типовые неполадки
Габаритные размеры индивидуальных катушек зажигания относительно малы, за счёт чего производителям двигателей удаётся легко их размещать непосредственно над свечами зажигания. Но из-за небольших размеров снижается надёжность катушек. Как следствие, индивидуальные катушки зажигания часто выходят из строя, и в первую очередь - изоляция вторичной обмотки. Повреждение изоляции обмотки приводит к межвитковому пробою высокого напряжения внутри катушки. Катушка зажигания с такой неисправностью обычно способна обеспечить поджег рабочей смеси в цилиндре при работе двигателя на малых нагрузках и на режиме холостого хода. Но при больших нагрузках на двигатель искрообразование прекращается, и цилиндр, обслуживаемый такой катушкой, перестаёт работать. Выявить данную неисправность можно по осциллограмме напряжения в первичной или во вторичной цепи катушки. Признаком межвиткового пробоя изоляции катушки является отсутствие затухающих колебаний в конце горения искры на осциллограмме сигнала.

Схемы индивидуального зажигания и точки
подключения для проведения диагностики системы.
Ниже приведены схемы индивидуального зажигания. На схемах показаны точки подсоединения осциллографического щупа и высоковольтных датчиков к диагностируемой катушке, для проведения диагностики системы по осциллограммам напряжения в первичной и во вторичной цепях катушки - фото 4


Схема системы индивидуального зажигания с внешним силовым каскадом управления первичной обмоткой катушки (схема приведена для одного цилиндра).

3. Точка съёма сигнала во вторичной цепи с помощью универсального накладного ёмкостного датчика "Cx Universal".
4. Место установки универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal" для съёма сигнала во вторичной цепи.
5. Аккумуляторная батарея.
6. Выключатель зажигания.
7. Индивидуальная компактная катушка зажигания без встроенного силового каскада управления первичной обмоткой катушки.
8. Свеча зажигания.
9. Блок управления двигателем (или коммутатор).

В корпус индивидуальной катушки зажигания может быть встроен силовой каскад управления первичной обмоткой катушки (коммутатор) - фото 5


Схема системы индивидуального зажигания со встроенным в катушку силовым каскадом управления первичной обмоткой (схема приведена для одного цилиндра).
1. Точка подключения чёрного зажима типа "крокодил" осциллографического щупа.
2. Точка подключения пробника осциллографического щупа.
3. Место установки универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal" для съёма сигнала во вторичной цепи.
4. Аккумуляторная батарея.
5. Выключатель зажигания.
6. Индивидуальная компактная или стержневая катушка зажигания со встроенным силовым каскадом управления первичной обмоткой катушки.
7. Свеча зажигания.
8. Блок управления двигателем.
Порядок проведения
диагностики индивидуального зажигания.
Каждая свеча зажигания двигателя, оснащённого индивидуальной системой зажигания, обслуживается собственной катушкой зажигания и собственным коммутатором. По этой причине, диагностика индивидуальной системы зажигания проводится последовательно - системы зажигания каждого цилиндра диагностируется поочерёдно, одна за другой, как отдельные системы зажигания (по окончанию диагностики одной катушки зажигания диагност переходит к диагностике следующей катушки зажигания и т.д.).

Основными контролируемыми параметрами при проведении диагностики индивидуального зажигания являются:
. наличие затухающих колебаний в конце участка горения искры между электродами свечи зажигания;
. продолжительность периода накопления энергии в магнитном поле индивидуальной катушки зажигания (обычно составляет 1,5…5,0 mS в зависимости от устройства катушки);
. продолжительность горения искры между электродами свечи зажигания (обычно составляет 1,5…2,5 mS в зависимости от устройства катушки). Следует учесть, что если из-за неполадки на каком либо режиме работы двигателя продолжительность горения искры между электродами свечи зажигания будет меньше 0,5 mS, то искровой разряд между электродами свечи зажигания возникнет, но топливовоздушная смесь от такого разряда не воспламенится.
Диагностика по первичному напряжению.
Для проведения диагностики индивидуальной катушки зажигания по первичному напряжению, необходимо просмотреть осциллограмму напряжения на управляющем выводе первичной обмотки катушки. Для съёма осциллограммы напряжения на управляющем выводе первичной обмотки, осциллографический щуп необходимо подключить к аналоговому входу №5 USB Autoscope II, чёрный зажим типа "крокодил" подсоединить к "массе" на двигателе, пробник щупа подсоединить параллельно управляющему выводу первичной обмотки катушки зажигания - фото 6


Подключение осциллографического щупа к управляющему выводу первичной обмотки индивидуальной катушки зажигания.
Далее необходимо запустить диагностируемый двигатель. В окне программы "USB Осциллограф" необходимо выбрать "Управление => Загрузить настройки пользователя => Ignition => Ignition_Primary". Теперь, в окне программы будет отображаться осциллограмма напряжения на первичной обмотке диагностируемой катушки зажигания - фото 7


Осциллограмма напряжения на управляющем выводе первичной обмотки исправной индивидуальной катушки зажигания.
1. Момент открытия силового транзистора коммутатора (начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания).
2. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (ток в первичной цепи резко прерывается и возникает пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания).
3. Участок горения искры между электродами свечи зажигания.
4. Затухающе колебания, возникающие сразу после окончания горения искры между электродами свечи зажигания

Фото 8


Осциллограмма напряжения на управляющем выводе первичной обмотки неисправной индивидуальной катушки зажигания. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний после окончания горения искры между электродами свечи зажигания (участок отмечен символом "4").
В корпус некоторых типов индивидуальных катушек зажигания встроен силовой каскад управления первичной обмоткой катушки. Управляющий вывод первичной обмотки таких катушек зажигания находится внутри корпуса катушки и оказывается недоступным для подсоединения к нему пробника осциллографического щупа. Это делает невозможным проведение диагностики такой индивидуальной катушки зажигания по первичному напряжению. В таком случае, диагностику катушки зажигания проводят по вторичному напряжению с помощью универсального накладного ёмкостного датчика "Cx Universal" или универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal".
Диагностика по вторичному напряжению
При проведении диагностики систем зажигания по вторичному напряжению применяют ёмкостной датчик. В случае если применение ёмкостного датчика невозможно, применяют индуктивный датчик. Применение ёмкостного датчика более предпочтительно, так как полученный с его помощью сигнал более точно повторяет форму осциллограммы напряжения во вторичной цепи диагностируемой системы зажигания.
Диагностика по вторичному напряжению с помощью ёмкостного датчика
В качестве ёмкостного датчика для проведения диагностики индивидуальной катушки зажигания по вторичному напряжению применяется универсальный накладной ёмкостной датчик "Cx Universal". Съём сигнала с помощью ёмкостного датчика возможен только в том случае, если создаваемое вторичной обмоткой катушки зажигания электрическое поле не экранировано конструктивно. Такими катушками зажигания являются некоторые компактные индивидуальные катушки зажигания без встроенного силового каскада управления первичной обмоткой - фото 9


Владимир Постоловский, журнал «Автомастер»,

Продолжение в части №2