Система зажигания и все о ней
�� Систему зажигания, которая обеспечивает работу двигателя, придется рассмотреть в этом разделе, хотя она и является составной частью «Электрооборудования автомобиля».
Когда мы с вами изучали рабочий цикл двигателя, то было отмечено, что в самом конце такта сжатия, рабочую смесь необходимо поджечь. А это означает, что между электродами свечи должна проскочить высоковольтная искра.
Система зажигания предназначена для создания тока высокого напряжения и распределения его по свечам цилиндров. Импульс тока высокого напряжения подается на свечи в строго определенный момент времени, который меняется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель.
В настоящее время на автомобилях может устанавливаться контактная система зажигания или бесконтактная электронная система.
�� Контактная система зажигания.
Источники электрического тока (аккумуляторная батарея и генератор, подробный разговор о которых будет в разделе «Электрооборудование автомобиля») вырабатывают ток низкого напряжения. Они «выдают» в бортовую электрическую сеть автомобиля 12 — 14 вольт. Для возникновения же искры между электродами свечи на них необходимо подать 18 — 20 тысяч вольт! Поэтому в системе зажигания имеются две электрические цепи – низкого и высокого напряжений .
�� Контактная система зажигания состоит из:
• катушки зажигания,
• прерывателя тока низкого напряжения,
• распределителя тока высокого напряжения
вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания,
• свечей зажигания,
• проводов низкого и высокого напряжения,
• включателя зажигания.
�� Крышка распределителя и распределитель (ротор) тока высокого напряжения предназначены для распределения тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя.
После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора. Во время вращения ротора ток «соскакивает» с его пластины, через небольшой воздушный зазор, на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода, импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания.
Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены (высоковольтными проводами) со свечами цилиндров в строго определенной последовательности.
Таким образом устанавливается «порядок работы цилиндров», который выражается рядом цифр. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, применяется последовательность: 1 – 3 – 4 – 2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий «взрыв» произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения нагрузки на коленчатый вал двигателя.
Подача высокого напряжения на электроды свечи зажигания должна происходить в конце такта сжатия, когда поршень не доходит до верхней мертвой точки примерно 4О — 6О, измеряя по углу поворота коленчатого вала. Этот угол называют углом опережения зажигания.
Необходимость опережения момента зажигания горючей смеси обусловлена тем, что поршень движется в цилиндре с огромной скоростью. Если смесь поджечь несколько позже, то расширяющиеся газы не будут успевать делать свою основную работу, то есть давить на поршень в должной степени. Хотя горючая смесь и сгорает в течение 0,001 – 0,002 секунды, поджигать ее надо до подхода поршня к верхней мертвой точке. Тогда в начале и середине рабочего хода поршень будет испытывать необходимое давление газов, а двигатель будет обладать той мощностью, которая требуется для движения автомобиля.
Первоначальный угол опережения зажигания выставляется и корректируется с помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя. Тем самым мы выбираем момент размыкания контактов прерывателя, приближая их или наоборот, удаляя от набегающего кулачка приводного валика прерывателя-распределителя.
Однако, в зависимости от режима работы двигателя, условия процесса сгорания рабочей смеси в цилиндрах постоянно меняются. Поэтому для обеспечения оптимальных условий, необходимо постоянно менять и указанный выше угол (4О – 6О ). Это обеспечивают центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания.
�� Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.
При увеличении оборотов коленчатого вала двигателя, поршни в цилиндрах увеличивают скорость своего возвратно-поступательного движения. В тоже время скорость сгорания рабочей смеси остается практически неизменной. Это означает, что для обеспечения нормального рабочего процесса в цилиндре, смесь необходимо поджигать чуть раньше. Для этого искра между электродами свечи должна проскочить раньше, а это возможно лишь в том случае, если контакты прерывателя разомкнутся тоже раньше. Вот это и должен обеспечить центробежный регулятор опережения зажигания
�� Вакуумный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от нагрузки на двигатель.
На одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигателя, положение дроссельной заслонки (педали газа) может быть различным. Это означает, что в цилиндрах будет образовываться смесь различного состава. А скорость сгорания рабочей смеси как раз и зависит от ее состава.
При полностью открытой дроссельной заслонке (педаль газа «в полу») смесь сгорает быстрее, и поджигать ее можно и нужно попозже. То есть угол опережения зажигания надо уменьшать.
И наоборот, когда дроссельная заслонка прикрыта, скорость сгорания рабочей смеси падает, поэтому угол опережения зажигания должен быть увеличен.
�� Основные неисправности контактной системы зажигания.
❌ Отсутствует искра между электродами свечей из-за обрыва или плохого контакта проводов в цепи низкого напряжения, обгорания контактов прерывателя или отсутствия зазора между ними, «пробоя» конденсатора. Также искра может отсутствовать при неисправности катушки зажигания, крышки распределителя, ротора, высоковольтных проводов или самой свечи.
Для устранения этой неисправности необходимо последовательно проверить цепи низкого и высокого напряжения. Зазор в контактах прерывателя следует отрегулировать, а неработоспособные элементы системы зажигания заменить.
❌ Двигатель работает с перебоями и (или) не развивает полной мощности из-за неисправной свечи зажигания, нарушения величины зазора в контактах прерывателя или между электродами свечей, повреждении ротора или крышки распределителя, а также при неправильной установке начального угла опережения зажигания.
Для устранения неисправности необходимо восстановить нормальные зазоры в контактах прерывателя и между электродами свечей, выставить начальный угол опережения зажигания в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, ну а неисправные детали следует поменять на новые.
�� Электронная бесконтактная система зажигания.
Преимущество электронной бесконтактной системы зажигания заключается в возможности увеличения подаваемого напряжения на электроды свечи (увеличение «мощности» искры). Это означает, что улучшается процесс воспламенения рабочей смеси. Тем самым облегчается запуск холодного двигателя, повышается устойчивость его работы на всех режимах. И это имеет особое значение для наших суровых зимних месяцев.
Немаловажным фактом является то, что при использовании электронной бесконтактной системы зажигания, двигатель становится более экономичным.
Как и у своего «младшего брата» (контактного и не электронного), у бесконтактной системы есть цепи низкого и высокого напряжения. Цепи высокого напряжения у них практически ничем не отличаются. А вот в цепи низкого напряжения, бесконтактная система в отличие от своего контактного предшественника, использует электронные устройства – коммутатор и датчик-распределитель (датчик Холла)
�� Электронная бесконтактная система зажигания включает в себя следующие узлы:
• источники электрического тока,
• катушку зажигания,
• датчик — распределитель,
• коммутатор,
• свечи зажигания,
• провода высокого и низкого напряжения,
• выключатель зажигания.
�� Основные неисправности электронной бесконтактной системы зажигания.
❌ Если «заглох» и не хочет заводиться двигатель с электронной бесконтактной системой зажигания, то в первую очередь стоит проверить… подачу бензина. Может быть, к вашей радости, причина была именно в этом. Если же с бензином все в порядке, а искры на свече нет, то у вас есть три варианта решения проблемы.
Начнем с третьего – надо хлопнуть дверцей машины, сказать нехорошие слова и опоздать на работу, добираясь туда на общественном транспорте.
Первый вариант предполагает попытку проверить на практике мнение о том, что «электроника – наука о контактах». Открываем капот и проверяем, зачищаем, подергиваем и подпихиваем на свои места все провода и проводочки, которые попадаются под руку. Если до этих судорожных телодвижений где-то были ненадежные электрические соединения, то двигатель заведется. А если нет, то остается еще и второй вариант.
❌ Для возможности воплощения в жизнь второго варианта, вам следует быть запасливым водителем. Из резерва необходимых вещей, которые вы возите с собой в машине, в первую очередь надо взять запасной коммутатор и заменить им прежний. Как правило, после этой процедуры двигатель оживает. Если же он все еще не хочет запускаться, то имеет смысл, последовательно меняя на новые, проверить крышку распределителя, ротор, бесконтактный датчик и катушку зажигания. В процессе этой «меняльной» процедуры двигатель все-таки заведется, а позже дома, вместе со специалистом вы сможете разобраться, какой конкретно узел вышел из строя и почему.
❌ Из опыта эксплуатации машины в наших условиях могу сказать, что большая часть проблем, возникающих в системе зажигания, связана с «чистотой» родных дорог. Зимой жидкая «каша» из грязного снега и солевого раствора лезет во все щели и разъедает все, что только можно. А летом вездесущая пыль, в которую в частности превращается зимняя «соленая каша», забивается еще глубже и весьма тлетворно влияет на все электрические соединения.
�� Эксплуатация системы зажигания.
При нормальной эксплуатации автомобиля и периодическом его обслуживании система зажигания не доставляет водителю больших хлопот. Однако некоторые «нерадивые» водители вообще забывают о том, что кроме пепельницы и магнитолы в автомобиле есть еще и многострадальный двигатель, и в частности его система зажигания.
Наступает момент и машина «говорит» вам о том, что у нее тоже есть нервы и предел терпения. Двигатель начинает фыркать и дымить, глохнуть и не заводиться. Это могут быть крупные поломки или мелкие неисправности в системах и механизмах двигателя, но, как правило, проблема кроется всего лишь в нарушенных регулировках и соединениях.
Так как мы уже знаем, что «электроника – наука о контактах», то в первую очередь необходимо следить за чистотой и надежностью электрических соединений. Поэтому при эксплуатации автомобиля иногда приходится зачищать клеммы проводов и штекерные разъемы.
Периодически следует контролировать зазор в контактах прерывателя (рис. 19) и при необходимости его регулировать. Если зазор в контактах прерывателя больше нормы (0,35 — 0,45 мм), то наблюдается неустойчивая работа двигателя на больших оборотах. Если меньше — неустойчивая работа на оборотах холостого хода. Все это происходит по причине того, что нарушенный зазор изменяет время замкнутого состояния контактов. А это уже влияет и на мощность искры, проскакивающей между электродами свечи, и на сам момент ее возникновения в цилиндре (опережение зажигания).
К сожалению, качество нашего бензина оставляет желать лучшего. Поэтому, если сегодня вы заправили свой автомобиль плохим бензином, то в следующий раз он может быть еще хуже. Естественно это не может не влиять на качество приготавливаемой карбюратором горючей смеси и процесс ее сгорания в цилиндре. В таких случаях, чтобы двигатель безотказно продолжал выполнять свою работу, необходимо подстраивать систему зажигания под сегодняшний бензин.
Если первоначальный угол опережения зажигания не соответствует оптимальному, то можно наблюдать и ощущать следующие явления.
�� Угол опережения зажигания слишком велик (раннее зажигание):
• затрудненный запуск холодного двигателя,
• «хлопки» в карбюраторе (обычно хорошо слышны из-под капота при попытках запуска двигателя),
• потеря мощности двигателя (машина плохо «тянет»),
• перерасход топлива,
• перегрев двигателя (индикатор температуры охлаждающей жидкости активно стремится к красному сектору),
• повышенное содержание вредных выбросов в выхлопных газах.
�� Угол опережения зажигания меньше нормы (позднее зажигание):
• «выстрелы» в глушителе,
• потеря мощности двигателя,
• перерасход топлива,
• перегрев двигателя.
Короче говоря, при неправильно выставленном зажигании двигатель хочет «умереть», а машина не хочет ехать. Перечень вышеописанных «кошмаров» можно было бы и продолжить, но надеюсь и этого достаточно для того, чтобы вы поняли, что двигатель и его системы требуют периодических регулировок. А кто будет этим заниматься, зависит от вас. Можно самостоятельно овладеть некоторыми навыками в не очень трудоемких и не очень сложных операциях по регулировкам. Или можно обращаться к специалисту, которому вы будете доверять свою «ласточку».
Как проверить цепь тока высокого низкого напряжения
©А. Пахомов (CTTeam, Школа Диагностики Алексея Пахомова).
Как показывает многолетняя практика работы на диагностическом участке мультимарочного автосервиса и анализ статистики дефектов, на большинстве сервисов не уделяют должного внимания проверке качества питающего напряжения узлов системы управления двигателем. Наблюдения выполнялись на большом количестве автомобилей, имеющих проблемы с питающим напряжением того или иного элемента. Причем многочисленные предыдущие визиты на диагностику на разные сервисы не давали положительного результата. Из этого факта можно сделать вывод о недопонимании диагностами важности проверки качества питающего напряжения сильноточных узлов.
Хотя мы говорим о системах зажигания, отметим, что данная проверка обязательна при диагностике любого сильноточного потребителя: электробензонасоса, электромагнитных клапанов управления давлением топлива, форсунок и даже ламп головного света. Как правило, во всех этих случаях питание к потребителю подается из бортовой сети автомобиля. Слаботочные элементы (в основном датчики системы управления двигателем) запитываются в большинстве случаев напряжением 5 В, формируемым стабилизатором внутри блока управления. Хотя качество проводов питания и массы на некоторых датчиках тоже играет значительную роль (например, ДМРВ типа HFM5), проблема питания датчиковой аппаратуры не так ярко выражена, как на сильноточных нагрузках. Это происходит в силу слишком малого значения потребляемого датчиками тока.
Почему важно выполнять проверку качества цепей питающего напряжения и массы?
Начнем, пожалуй, с того, что при недостаточно качественном питании потребитель либо перестает нормально выполнять свои функции, либо (чаще всего) его работа становится недостаточно стабильной. Очень часто проблемное питание является причиной спорадических дефектов, проявляющихся лишь кратковременно, в движении либо при стечении определенных условий. Как известно, поиск спорадических дефектов – одна из самых сложных задач в автомобильной диагностике, и очень часто причина заключается именно в отсутствии нормального питания и массы.
Второй важный аспект проблемы заключается в значительной стоимости некоторых элементов современных двигателей. В этом случае цена ошибки при диагностике становится слишком высокой. Например, прежде чем «приговорить» к замене дорогостоящий клапан управления давлением системы Common Rail, необходимо тщательным образом убедиться в качестве питающего напряжения и массы. В противном случае замена элемента ничего не даст, а автосервис понесет финансовые потери и подмочит свою репутацию.
И третий момент, который хотелось бы озвучить. Очень может быть, что на крупных дилерских автоцентрах подобную операцию сочтут избыточной. Такие центры, как правило, чаще всего имеют дело с достаточно свежими автомобилями, не склонными к появлению подобных дефектов. Но мультимарочные сервисы вынуждены обслуживать весьма изношенные автомобили бюджетных марок. Такие автомобили, помимо прочего, могут быть оборудованы нештатными противоугонными системами, не всегда качественно подключенными к автомобильной электропроводке. Поэтому руководители мультимарочных сервисов обязаны относиться к делу по-другому и включить проверку состояния цепей питающего напряжения в обязательный список работ, выполняемых при диагностике двигателя.
Подводя краткий итог, можно озвучить на первый взгляд парадоксальную истину: практически ни в одном руководстве по ремонту не описана в должном объеме процедура проверки питания электрических потребителей, но на наш взгляд, эта операция должна выполняться наравне со всем остальными диагностическими процедурами и быть подробно описанной в литературе.
С помощью какого прибора выполняется данная проверка? Можно с уверенностью утверждать, что проверка качества цепи питающего напряжения и цепи массы должны выполняться только мотортестером. Ни мультиметр, ни контрольная лампа здесь не помогут. Диагносту важно увидеть и оценить именно форму осциллограммы происходящих процессов, а не просто измерить значение питающего напряжения, которое во многих случаях не несет никакой информации.
В дальнейшем будем говорить о системе зажигания, хотя все сказанное справедливо для любой электрической нагрузки. Построим эквивалентную схему первичной цепи системы зажигания с точки зрения потерь в ней. Начнем с того, что каждый электрический провод, каждый разъем, каждая группа контактов реле и т.п. имеют активное (омическое) сопротивление. Так как и питающая цепь, и цепь массы представляют собой последовательное соединение таких элементов, то все их сопротивления складываются. В итоге в каждой цепи возникает некое суммарное паразитное сопротивление, назовем его Rпарп для цепи питания и Rпарм для цепи массы. Обозначив их резисторами, построим эквивалентную схему первичной цепи системы зажигания следующим образом:
Закон Ома для участка цепи гласит, что при протекании по цепи тока на ее концах возникает напряжение, прямо пропорциональное сопротивлению:
Поэтому на резисторе Rпарп появляются паразитное падение напряжения Uпарп, а на резисторе Rпарм – соответственно, Uпарм. Обозначив напряжение на нагрузке как Uн, а напряжение на аккумуляторе Uакк, можно записать совершенно очевидное выражение:
Задача автодиагноста заключается в том, чтобы измерить и оценить паразитные падения напряжения в цепи питания и в цепи массы. Для этого мотортестер включают в режим измерения напряжения относительно минусовой клеммы аккумулятора и выполняют съем осциллограмм в указанных на рисунке точках. Съем можно производить одновременно, задействовав два канала мотортестера, а можно и по очереди. Вместе с этим по желанию диагноста можно получить также и осциллограмму первичного либо вторичного напряжения.
Рассмотрим проверку цепей питания и массы по отдельности.
Часть 1. Проверка цепи питающего напряжения
Бортовое напряжение 12 В через несколько предохранителей, разъемов и контактных групп подается на верхний по схеме вывод первичной обмотки; второй вывод обмотки подключен к массе через транзисторный ключ. Щуп мотортестера присоединяется к контакту 12 В на разъеме катушки зажигания. Мотортестер используется в режиме измерения напряжения относительно минусовой клеммы аккумулятора с записью осциллограммы.
В идеальном случае в точке подключения осциллограмма напряжения будет иметь вид ровной горизонтальной линии. В реальности такого, конечно же, наблюдаться не будет: всегда присутствует паразитное сопротивление цепи Rпарп, на котором возникает паразитное падение напряжения Uпарп. Это падение напряжения тем больше, чем выше ток через первичную цепь и чем выше паразитное сопротивление питающей цепи. Поэтому напряжение, измеренное мотортестером в указанной точке подключения, при протекании первичного тока всегда окажется ниже напряжения бортовой сети, возникает просадка напряжения. На рисунке показана совершенно реальная осциллограмма питающего напряжения первичной цепи:
Почему осциллограмма питающего напряжения имеет спад в виде пилы? Это происходит из-за того, что ток в первичной обмотке катушки вследствие действия ЭДС самоиндукции не возникает скачком, а нарастает плавно. Поэтому и падение напряжения на паразитном сопротивлении питающей цепи тоже увеличивается плавно, и соответственно, так же плавно снижается напряжение на первичной обмотке катушки.
Следует заострить внимание на том, что подобный эффект является нормой, в любой исправной первичной цепи существует паразитное сопротивление и плавное снижение питающего напряжения на катушке в течение периода, когда в ней накапливается энергия. Поэтому приведенная осциллограмма является совершенно нормальной.
Самый важный вопрос заключается в том, какую просадку напряжения за период накопления энергии считать нормой, а какую нет. Из наблюдений было установлено, что просадка напряжения примерно 1..1,5 В наблюдается на всех совершенно исправных системах зажигания. Возьмем на себя смелость установить критерий оценки исправности питающей цепи: напряжение питания на клемме катушки к концу накопления в ней энергии должно просаживаться не более чем на 2 В. Если просадка больше – нужно искать и устранять причину: окисленные разъемы, износ контактной группы замка зажигания, нештатные реле блокировки в цепи питания катушек и т.п.
Значительная просадка напряжения, до 3…5 В и даже более, говорит о катастрофическом состоянии питающей цепи и требует безотлагательного ремонта. Подобная ситуация зачастую сопровождается спорадическими подергиваниями автомобиля, внезапной остановкой двигателя, потерей мощности, неровной работой на холостом ходу и т.п. Диагностика вторичного напряжения мотортестером в таких случаях, как правило, показывает пропадание искры или искажение формы осциллограммы.
Помимо оценки просадки напряжения, нужно проанализировать полученную осциллограмму на предмет отсутствия характерных искажений, говорящих о наличии некачественного электрического контакта. Такие искажения имеют вид кратковременных бросков напряжения вниз, иногда до уровня нуля, либо характерных шумов. Они могут возникать лишь на некоторых режимах работы двигателя, например, при сильной вибрации.
Приведем несколько реальных примеров из практики диагностики на мультимарочном автосервисе.
Пример 1. Автомобиль ВАЗ 2110, двигатель 21114, объем 1.6 л, 8 клапанов. Система управления – Январь 7. Дефект со слов клиента заключался в том, что двигатель мог в любой момент заглохнуть, однако после этого легко запускался вновь. Следует заметить, что дефект очень опасен, потому что остановка двигателя происходила не только на холостом ходу, но и при движении автомобиля.
На данном двигателе имеет место система зажигания типа DIS с двумя катушками, конструктивно расположенными в одном корпусе. Ключи управления катушками и цепи контроля тока находятся внутри ЭБУ двигателя. Разъем блока катушек имеет три вывода: на один из них подается питающее напряжение 12 В из бортовой сети при включении зажигания, еще два – это выводы первичных катушек, коммутируемые на массу транзисторами внутри ЭБУ. Подключив щупы мотортестера к этим трем выводам, можно контролировать питание катушек и первичное напряжение и тем самым выяснить, не в системе зажигания ли кроется дефект, приводящий к внезапной остановке мотора.
Выполнив все подключения и запустив съем осциллограммы, дожидаемся момента, когда двигатель заглохнет. Вот этот момент на осциллограмме:
- Напряжение питания в момент, когда накопление энергии в катушке не происходит, составляет 13,3 В. Этот факт говорит о наличии проблем в бортовой сети: с высокой долей вероятности с генератором и зарядкой аккумулятора не все в порядке и требуется дополнительная проверка.
- Когда началось накопление энергии в катушке, напряжение питания на ней начало сильно падать. Причем форма осциллограммы в этом месте неровная, с заметными искажениями, что сразу говорит о наличии плохого контакта где-то в цепи питания. Но самое главное то, что к окончанию периода накопления напряжение упало до уровня 8,8 В. Просадка напряжения составила 4,5 В. Это очень много, однозначно имеется дефект, требующий устранения.
- В дальнейшем напряжение питания упало до 5,9 В, что и привело к остановке двигателя. Цепь питания катушек зажигания нарушилась полностью.
- При последующих попытках накопления энергии, когда блок замыкал первичную цепь, питающее напряжение просто падало до нуля.
- Анализ формы первичного напряжения проводить не будем. Отметим лишь, что даже при столь плохом качестве цепи питания искрообразование на свечах имело место, а после окончательного пропадания питания, конечно же, импульсы первичного напряжения пропали тоже.
Схема подключения катушек зажигания в системе Январь 7 достаточно проста: питание поступает прямо с замка зажигания через несколько разъемов. Осталось проверить электропроводку от плюсовой клеммы аккумулятора до катушек. Возможно, проблема заключена в самой контактной группе замка зажигания. Однако при первом же взгляде в пространство под приборной панелью обнаружился нештатный тумблер, размыкающий цепь питания катушек. Видимо, это было некое подобие противоугонной системы. После удаления тумблера проблема со спорадической остановкой двигателя была решена, а осциллограмма питающего напряжения приняла нормальный вид.
Пример 2. Автомобиль Chevrolet Lanos, двигатель 1,5 л, система зажигания типа DIS с модулем конструкции General Motors, который массово применялся также и на автомобилях ВАЗ в конце девяностых – начале двухтысячных годов. Проблема, как и в первом примере, заключалась в спорадической остановке двигателя. Следует заметить, что автомобиль посетил уже несколько автосервисов, на которых была выполнена замена бензонасоса, свечей зажигания, высоковольтных проводов, модуля зажигания и датчика положения коленчатого вала.
Был подключен мотортестер, запущен съем осциллограммы питания и массы модуля зажигания, а также вторичного напряжения. Однако интерес представляет только осциллограмма напряжения питания:
Проанализируем полученную осциллограмму.
- Бортовое напряжение, подаваемое на модуль зажигания, составляет 13,9 В. Учитывая это, можно с высокой долей вероятности предположить, что дефектов в генераторе нет, и зарядка аккумулятора происходит успешно.
- В момент окончания накопления энергии напряжение на модуле упало до 9,1 В. Просадка напряжения составила 4,8 В. Форма осциллограммы при этом очень искажена, видны скачки вверх-вниз, линия снижения напряжения негладкая. В принципе, можно было не дожидаться остановки двигателя, а сразу искать проблему в цепи питающего напряжения модуля зажигания.
- В какой-то момент питание просто исчезло: напряжение упало до уровня 7,8 В из-за наличия большого паразитного сопротивления в цепи.
- В начале следующего периода накопления энергии в катушке напряжение упало до нуля. Двигатель при этом заглох.
Дефект очень похож на предыдущий. Разница лишь в том, что в первом случае причина крылась в непрофессиональном вмешательстве в электропроводку автомобиля, а во втором – в окислении контактов в цепи питания модуля.
После ремонта электропроводки вновь был выполнен съем осциллограммы питающего напряжения:
Как видно, линия снижения напряжения теперь гладкая, а просадка напряжения составила 1,8 В, что вполне укладывается в обозначенный ранее допуск.
Пример 3. Автомобиль ВАЗ 2115, двигатель 21114, объем 1.6 л, 8 клапанов. Жалоб у клиента нет. Однако проверка мотортестером качества питающего напряжения катушек зажигания выявила наличие ненадежного контакта:
Наблюдаемая на осциллограмме характерная «гребенка» говорит о ненадежном контакте где-то в цепи питания. Дефектным оказался замок зажигания вследствие износа его контактной группы. Данный случай примечателен тем, что никаких жалоб клиента не было озвучено, но проблема уже имела место.
Пример 4. Этот пример приведем в качестве дополнения для более полного понимания поставленной задачи. Речь идет о блоке розжига ксеноновых ламп, установленном нештатно на автомобиль Hyundai Accent. В заводском исполнении ксеноновые лампы на этот автомобиль никогда не устанавливались, поэтому электропроводка рассчитана на установку в фары обычных ламп накаливания.
Не касаясь вопроса о возможности и даже законности подобной переделки, заострим внимание лишь на технической стороне дела. Блоки розжига были подключены непосредственно к тем же проводам, которые прежде питали лампы накаливания. Но для формирования высокого напряжения блок розжига, как и система зажигания, использует принцип электромагнитной самоиндукции. Поэтому в момент подключения катушки для накопления энергии блок потребляет значительный ток; подключение происходит периодически с постоянной частотой около 80 Гц. Однако после установки в фары ксеноновых ламп выяснилось, что одна из них моргает.
Смена местами ламп, как и смена местами блоков розжига правой и левой фары, ничего не дала. Проблема была найдена путем снятия осциллограммы питающего напряжения:
Как видно из приведенной осциллограммы, напряжение в бортовой сети составило 14,2 В. Однако к концу зарядки катушки внутри блока розжига просадка напряжения достигла целых 8,3 В, что и приводило к сбоям в формировании высокого напряжения для ксеноновой лампы.
Следует заметить, что на втором блоке просадка напряжения достигала 6 В, но лампа при этом не мерцала. Однако переделка электропроводки требуется для блоков розжига обеих фар. Собственно, при установке ксеноновых ламп была допущена грубая ошибка: не учтено более высокое пиковое потребление тока блоками розжига и не усовершенствована электропроводка автомобиля.
Контактная система зажигания
Источники электрического тока (аккумуляторная батарея и генератор, подробный разговор о которых будет в разделе "Электрооборудование автомобиля") вырабатывают ток низкого напряжения. Они "выдают" в бортовую электрическую сеть автомобиля 12–14 вольт. Для возникновения искры между электродами свечи на них необходимо подать 18–20 тысяч вольт! Поэтому в системе зажигания имеются две электрические цепи – низкого и высокого напряжения (рис. 21).Контактная система зажигания состоит из(рис. 21):
– прерывателя тока низкого напряжения;
– распределителя тока высокого напряжения;
– центробежного регулятора опережения зажигания;
– вакуумного регулятора опережения зажигания;
– проводов низкого и высокого напряжения;
Катушка зажигания(рис. 21)предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения. Как и большинство приборов системы зажигания, она располагается в моторном отсеке автомобиля.
а) электрическая цепь низкого напряжения:1 –"масса" автомобиля; 2 – аккумуляторная батарея; 3 – контакты замка зажигания; 4 – катушка зажигания; 5 – первичная обмотка (низкого напряжения); 6 – конденсатор; 7 – подвижный контакт прерывателя; 8 – неподвижный контакт прерывателя; 9 – кулачок прерывателя; 10 – молоточек контактов
б) электрическая цепь высокого напряжения:1 –катушка зажигания; 2 – вторичная обмотка (высокого напряжения); 3 – высоковольтный провод катушки зажигания; 4 – крышка распределителя тока высокого напряжения; 5 – высоковольтные провода свечей зажигания; 6 – свечи зажигания; 7 – распределитель тока высокого напряжения ("бегунок"); 8 – резистор; 9 – центральный контакт распределителя; 10 – боковые контакты крышки
Рис. 21. Контактная система зажигания
Принцип работы катушки зажигания очень прост и знаком из школьного курса физики. Когда по обмотке низкого напряжения протекает электрический ток, вокруг нее создается магнитное поле. Если прервать ток в этой обмотке, то исчезающее магнитное поле индуцирует ток уже в другой обмотке (высокого напряжения).
За счет разницы в количестве витков обмоток катушки, из 12-ти вольт мы получаем необходимые нам 20 тысяч вольт! Цифра весьма впечатляющая, но это как раз то напряжение, которое в состоянии пробить воздушное пространство (около миллиметра) между электродами свечи зажигания.
Если кто из вас, испугавшись этой цифры, решил вообще не дотрагиваться до чего-либо электрического в машине, то напрасно.
"Убивает не напряжение, а ток" – известное выражение у электриков, как нельзя лучше подходит к ситуации с электричеством в автомобиле.
В системе зажигания очень малые токи, поэтому, если вы и дотронетесь до проводов или приборов системы, то будет лишь несколько "неприятно", но не более того. Да и произойдет это только, если вы стоите босиком (или в мокрой обуви) на сырой земле или если одна рука на "массе", а другая на тех самых 20000 В.
Прерыватель тока низкого напряжения(контакты прерывателя – рис. 21) нужен для того, чтобы размыкать ток в цепи низкого напряжения. При этом во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ток высокого напряжения, который затем поступает на центральный контакт распределителя.
Контакты прерывателя находятся под крышкой распределителя зажигания. Пластинчатая пружина подвижного контакта постоянно прижимает его к неподвижному контакту. Размыкаются они лишь на короткий срок, когда набегающий кулачок приводного валика прерывателя-распределителя надавит на молоточек подвижного контакта.
Параллельно контактам включен конденсатор,который необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время отрыва подвижного контакта от неподвижного между ними хочет проскочить мощная искра, но конденсатор поглощает в себя большую часть электрического разряда и искрение уменьшается до незначительного.
Но это только половина полезной работы конденсатора. Он еще участвует и в увеличении напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Когда контакты прерывателя полностью размыкаются, конденсатор разряжается, создавая обратный ток в цепи низкого напряжения, и тем самым, ускоряет исчезновение магнитного поля. А чем быстрее исчезает это поле, тем больший ток возникает в цепи высокого напряжения.
"Зачем такой длинный разговор о такой маленькой штучке в такой большой машине?" – спросите вы.
Так вот учтите, при выходе конденсатора из строя двигатель работать не будет! Напряжение во вторичной цепи получится недостаточно большим для того, чтобы пробить воздушную преграду между электродами свечи зажигания. Может быть, иногда, слабая искорка и будет проскакивать, но нам нужна достаточно "горячая" и стабильная искра, которая гарантированно воспламенит рабочую смесь и обеспечит нормальный процесс ее сгорания. А для этого, как раз и необходимы те самые "страшные" 20 тысяч вольт, в "приготовлении" которых участвует и конденсатор тоже.
Прерыватель тока низкого напряжения и распределитель высокого напряжения расположены в одном корпусе и имеют привод от коленчатого вала двигателя.
Часто водители называют этот узел коротко – "прерыватель-распределитель" (или еще короче – "трамблер").
Крышка распределителя и распределитель (ротор) тока высокого напряжения(рис. 21 и 22) предназначены для распределения тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя.
Рис. 22. Прерыватель-распределитель:1 –диафрагма вакуумного регулятора; 2 – корпус вакуумного регулятора; 3 – тяга; 4 – опорная пластина; 5 – ротор распределителя ("бегунок"); 6 – боковой контакт крышки; 7 – центральный контакт крышки; 8 – контактный уголек; 9 – резистор; 10 – наружный контакт пластины ротора; 11 – крышка распределителя; 12 – пластина центробежного регулятора; 13 – кулачок прерывателя; 14 – грузик; 15 – контактная группа; 16 – подвижная пластина прерывателя; 17 – винт крепления контактной группы; 18 – паз для регулировки зазоров в контактах; 19 – конденсатор; 20 – корпус прерывателя-распределителя; 21 – приводной валик; 22 – фильц для смазки кулачка
После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора.
Во время вращения ротора ток через небольшой воздушный зазор "соскакивает" с его пластины на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания.
Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены высоковольтными проводами со свечами цилиндров в строго определенной последовательности.
Таким образом, устанавливается "порядок работы цилиндров",который выражается рядом цифр.
Как правило, для четырехцилиндровых двигателей применяется порядок работы: 1–3–4–2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий "взрыв" произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения нагрузки на коленчатый вал двигателя.
Подача высокого напряжения на электроды свечи зажигания должна происходить в конце такта сжатия, когда поршень не доходит до верхней мертвой точки примерно 4–6°, измеряя по углу поворота коленчатого вала. Этот угол называют углом опережения зажигания.
Необходимость опережения момента зажигания горючей смеси обусловлена тем, что поршень движется в цилиндре с огромной скоростью. Если смесь поджечь несколько позже, то расширяющиеся газы не будут успевать делать свою основную работу, то есть давить на поршень в должной степени. Хотя горючая смесь и сгорает в течение 0,001–0,002секунды, поджигать ее надо до подхода поршня к верхней мертвой точке. Тогда в начале и середине рабочего хода поршень будет испытывать необходимое давление газов, а двигатель будет обладать той мощностью, которая требуется для движения автомобиля.
Первоначальный угол опережения зажигания выставляется и корректируется с помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя. Тем самым мы выбираем момент размыкания контактов прерывателя, приближая их или, наоборот, удаляя от набегающего кулачка приводного валика прерывателя-распределителя.
В зависимости от режима работы двигателя, условия процесса сгорания рабочей смеси в цилиндрах постоянно меняются. Поэтому для обеспечения оптимальных условий необходимо постоянно менять и указанный выше угол (4–6°). Это обеспечивают центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания.
Центробежный регулятор опережения зажиганияпредназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.
При увеличении оборотов коленчатого вала двигателя поршни в цилиндрах увеличивают скорость своего возвратно-поступательного движения. В то же время скорость сгорания рабочей смеси остается практически неизменной. Следовательно, для обеспечения нормального рабочего процесса в цилиндре смесь необходимо поджигать чуть раньше. Для этого искра между электродами свечи должна проскочить раньше, а это возможно лишь в том случае, если контакты прерывателя тоже разомкнутся раньше. Это и должен обеспечить центробежный регулятор опережения зажигания (рис. 23).
а) расположение деталей регулятора:1–кулачок прерывателя; 2 – втулка кулачков; 3 – подвижная пластина; 4 – грузики; 5 – шипы грузиков; 6 – опорная пластина; 7 – приводной валик; 8 – стяжные пружины