Аналіз осцилограм вторинної напруги системи запалювання

Система запалювання призначена для займання паливно-повітряної суміші в точно встановлений момент часу. У двигунах з іскровим запалюванням це досягається за допомогою електричної іскри, тобто електроіскрового розряду, що створюється між електродами свічки запалювання. Пропуски запалювання призводять до догоряння суміші в каталітичному нейтралізаторі, відбувається зменшення потужності та паливної економічності, збільшується ступінь зносу елементів двигуна та вміст шкідливих компонентів у викидах.

Основними вимогами до системи запалювання є:

• Забезпечення іскри в потрібному циліндрі (що знаходиться в такті стиснення) відповідно до порядку роботи циліндрів.

• Своєчасність моменту запалювання. Іскра повинна відбуватися у певний момент (момент запалювання) відповідно до оптимального за поточних умов роботи двигуна кутом випередження запалення, який залежить, перш за все, від обертів двигуна та навантаження на двигун.

• Достатня енергія іскри. Кількість енергії, необхідної для надійного займання робочої суміші, залежить від складу, щільності та температури робочої суміші.

• Загальною умовою для системи запалювання є її надійність (забезпечення безперервності іскроутворення). Несправність системи запалювання викликає неполадки як під час запуску, так і при роботі двигуна:

  • складність чи неможливість запуску двигуна;

  • нерівномірність роботи двигуна - "троїння" або припинення роботи двигуна - при пропусках іскроутворення в одному або кількох циліндрах;

  • детонація, пов'язана з невірним моментом запалювання і викликає дуже швидке зношування двигуна;

  • порушення роботи інших електронних систем за рахунок високого рівня електромагнітних перешкод та ін.

Важливо!

Щоб уникнути ураження електричним струмом та запобігання нещасним випадкам, завжди робіть заміну елементів системи запалювання та підключення датчиків і щупів тільки при заглушеному двигуні.

Діагностику системи запалювання доцільно проводити під навантаженням, забезпечуючи максимально можливе напруження пробою іскрового проміжку між електродами свічки. При малих навантаженнях напруга пробою зазвичай не перевищує 10 кВ, а при підвищених навантаженнях, внаслідок збільшення тиску в циліндрі, напруга пробою значно зростає, і досягає декількох 10 кВ, внаслідок чого проявляється більшість дефектів ізоляції котушки запалювання, дротів, ковпачків, свічок.

Режимами підвищеного навантаження є пуск двигуна, різке відкриття дросельної заслінки та робота двигуна на низьких обертах під максимальним навантаженням. У цих режимах наповнення циліндра паливоповітряною сумішшю близько до максимального, іскроутворення відбувається тоді, коли поршень знаходиться поблизу верхньої мертвої точки. Отже, у цей момент тиск газів усередині циліндра наближається до максимально можливого.

Імпульс запалювання

На осцилограмі можна виділити 4 основні фази: накопичення енергії, момент пробою, горіння іскри, загасаючі коливання.

Час накопичення енергії (заряду котушки) – інтервал часу від замикання первинної обмотки котушки на масу і початку протікання через неї струму до іскрового розряду обумовленого ЕРС самоіндукції котушки після розриву ланцюга. Перехідний процес свідчить про закінчення ефективного заряду котушки (момент насичення, обмеження струму заряду), після якого відбувається марне нагрівання котушки струмом заряду – котушка більше не запасає енергії.

У деяких випадках момент пробою настає трохи раніше за перехідний процес, це не вважається несправністю.

Якщо час заряду котушки помітно зменшений, це свідчить про несправності, що призводить до зменшення енергії, запасеної в котушці, отже, скорочення часу горіння іскри. Нестача енергії може призвести до пропусків запалювання при великих навантаженнях, оскільки напруга на вторинній обмотці котушки не досягатиме напруги пробою повітряного зазору свічки.

Пробій виникає при розмиканні первинного ланцюга котушки запалювання. При цьому в ній виникає напруга самоіндукції, що призводить до швидкого зростання напруги у вторинній обмотці. Напруга збільшується доти, доки не перевищить напругу пробою свічкового зазору. Тривалість пробою становить близько 10-20 мкс. Напруга пробою залежить від проміжку між електродами свічки та від діелектричних властивостей середовища, яке цей проміжок заповнює. При атмосферному тиску сухе повітря пробивається при напрузі близько 30 кВ/см. При підвищенні тиску та зменшенні вмісту палива у суміші напруга пробою зростає.

Наступна ділянка - горіння іскри, що свідчить про протікання постійного струму в зазорі свічки. Напруга горіння становить близько 1-2 кВ. Час горіння для всіх циліндрів має бути однаковим і складає від 1-1,5 мс до 2-2,5 мс, залежно від типу системи.

Енергія, запасена в котушці витрачається на пробивання іскрового зазору свічки та підтримання горіння іскри. Чим вища пробивна напруга, тим менша тривалість горіння іскри, а отже, нижча ймовірність підпалювання палива. І навпаки: при низькій напрузі пробою час горіння збільшується, але це свідчить про зменшений зазор у свічці та зниження взаємодії іскри з паливною сумішшю, що також призводить до зниження ймовірності підпалювання палива.

Типові несправності системи запалювання

Примітка!

Несправність ВВ проводів, свічок та свічкових ковпачків виявлятиметься в тих циліндрах, до яких ці елементи відносяться. Отже, несправність свічки, свічкового ковпачка, ВВ дроту вплине на роботу відповідних їм циліндрів, а несправність центрального дроту або котушки запалювання в класичній системі запалювання вплине на роботу всіх циліндрів.

Збільшений свічковий зазор

На холостому ходу ця осцилограма свідчить про збільшений зазор у свічці. Необхідна напруга пробою збільшується. Більшість енергії буде витрачатися на генерацію підвищеної пробивної напруги. Це призводить до значного зменшення тривалості горіння іскрового розряду, зменшення надійності займання паливоповітряної суміші.

При роботі двигуна під високим навантаженням збільшений іскровий проміжок між електродами свічки запалювання може стати причиною пробою недостатньо міцної або пошкодженої високовольтної ізоляції елементів системи запалювання. У такому випадку іскроутворення відбуватиметься поза камерою згоряння, що виключає ймовірність надійного іскроутворення.

Режим підвищеного навантаження

Якщо ця осцилограма спостерігається під час роботи двигуна під високим навантаженням, це свідчить про нормальну роботу системи запалювання. На ділянці горіння іскри можна спостерігати множинні "зриви" напруги горіння іскри у вигляді "пили", що виникають внаслідок "здування" іскри вихровими та турбулентними потоками газів усередині камери згоряння. Пояснюється це тим, що при відкритті дросельної заслінки в циліндр надходить більше повітря, а через збільшення швидкості поршня і тиску в результаті процесу горіння, потрібна все більша напруга для підтримки протікання струму.

Внаслідок збільшення значення напруги пробою та середнього значення напруги горіння іскри під час роботи двигуна під високим навантаженням, тривалість горіння іскрового розряду зменшується.

Режим підвищеного навантаження, пробій ізоляції

Якщо при навантаженні на двигун форма напруги горіння така ж як і на холостому ході, це свідчить про пробої ізоляції за межами камери згоряння. Але при цьому, порівняно з роботою двигуна на холостому ході, дещо збільшується напруга пробою, напруга горіння іскри і зменшується час горіння іскри.

Пробоями високовольтної ізоляції елементів системи запалювання, що найчастіше зустрічаються поза камерою згоряння, є пробої:

• між високовольтним виводом котушки запалювання та одним із виводів первинної обмотки котушки або "масою";

• між високовольтним проводом та корпусом двигуна;

• між кришкою розподільника запалювання та корпусом розподільника;

• між "бігунком" розподільника запалювання та валом розподільника запалювання;

• свічкового ковпачка, між наконечником високовольтного дроту та корпусом двигуна;

• поверхневий пробій керамічного ізолятора свічки запалювання (стікання заряду по поверхні ізолятора) внаслідок відкладення на ізоляторі струмопровідних забруднень;

• поверхневий пробій внутрішньої поверхні свічкового ковпачка (стікання заряду по внутрішній поверхні ізолятора) внаслідок відкладення на ковпачку струмопровідних забруднень;

• всередині керамічного ізолятора свічки запалювання між центральним провідником та її корпусом, внаслідок утворення в ізоляторі тріщини.

Занижена компресія, зменшення свічкового зазору

Істотне зниження компресії в якомусь циліндрі двигуна призводить до того, що в момент іскроутворення тиск газів в камері згоряння виявляється заниженим. Отже, для пробою іскрового проміжку потрібна менша напруга. Форма імпульсу запалювання при цьому практично не змінюється, але знижується пробивна напруга.

Схожа осцилограма також може свідчити про зменшення зазору між електродами свічки запалювання, що ускладнює взаємодію іскрового розряду з паливно-повітряною сумішшю, і, відповідно, знижує ймовірність її займання.

Зменшено свічковий зазор, навантаження на двигун

Різниця між пробивною напругою, що підводиться до справних свічок запалювання і до свічки зі зменшеним іскровим проміжком стає більш істотною при роботі двигуна під високим навантаженням. При такій несправності при переході з режиму холостого ходу на режим підвищеної потужності збільшення напруги пробою не спостерігається або спостерігається незначно.

Форма ділянки горіння іскрового розряду при цьому відрізняється не суттєво, може спостерігатись лише незначне збільшення тривалості горіння іскрового розряду.

Забруднення ізолятора свічки запалювання з боку камери згоряння

За відсутності різкого падіння напруги в кінці горіння можна зробити висновок, що ізолятор свічки покрився шаром провідника, що призводить до витоку струму та втрати енергії горіння іскри. Напруга пробою при цьому може дещо знизитися. Значення напруги горіння іскри початковий момент практично досягає значення напруги пробою, а до кінця горіння іскри може знизитися до дуже малої величини.

Кількість загасаючих коливань може помітно зменшитися, або загасаючі коливання можуть бути відсутніми. Найчастіше несправність проявляється непостійно, тобто поверхневі струми можуть чергуватись з нормальним іскроутворенням між електродами свічки запалювання.

Забруднення свічкових електродів

Забруднення поверхні електродів спостерігається у зашумленому сигналі іскри, незначному збільшенні напруги, а також зменшенні часу горіння іскри.

Поверхня електродів та керамічного ізолятора свічки запалювання з боку камери згоряння може забруднюватися внаслідок відкладення сажі, оливи, залишків присадок до палива та від присадок до оливи (відкладення з'єднань свинцю, з'єднань заліза тощо). У таких випадках колір керамічного ізолятора свічки запалювання камери згоряння певним чином змінюється.

Високий опір ВВ проводу

За такої несправності створюється додаткове падіння напруги на опорі ВВ проводу при протіканні струму. Падіння напруги на опорі високовольтного дроту максимальне на початку горіння іскри і поступово зменшується. Це призводить до зменшення часу горіння та енергії іскри. Напруга пробою від величини опору високовольтного дроту не залежить, оскільки величина іскрового проміжку майже не змінюється.

Опір високовольтного дроту може бути збільшеним внаслідок окислення його контактів, старіння або вигоряння провідного шару високовольтного дроту або внаслідок застосування надто довгого високовольтного дроту.

Обрив високовольтного дроту

Напруга пробою може досягати максимальної напруги котушки. При цьому вся енергія, накопичена в котушці, витрачається за межами циліндра, отже не призводить до запалювання суміші.

У критичних випадках обрив високовольтного дроту може призвести до повного припинення іскроутворення між електродами свічки запалювання. Тривала робота двигуна з несправними ВВ проводами може призвести до пробою високовольтної ізоляції елементів системи запалювання, виходу з ладу котушки запалювання.

Відсутність загасаючих коливань

При слабкому прояві чи відсутності загасаючих коливань наприкінці фази горіння іскри можна дійти невтішного висновку про несправності конденсатора (для класичної системи запалювання) чи котушки запалювання. Індуктивність котушки та ємність конденсатора утворюють коливальний контур. Швидкість загасання коливань залежить від добротності коливального контуру. Якщо є пробій ізоляції конденсатора, короткозамкнуті витки чи міжвитковий пробій в котушці, то добротність контуру істотно падає, що і призводить до відсутності коливань.

Конденсатор присутній лише у класичній системі запалювання. У системах, керованих електронікою, конденсатор не застосовується. У цих системах як ємність коливального контуру виступає міжвиткова ємність котушки.

Паразитний іскровий розряд між витками котушки запалювання відбирає частину енергії у корисного розряду в іскровому проміжку свічки запалювання. Зі збільшенням навантаження на двигун, частка енергії іскрового розряду, що відбирається, збільшується. Крім того, істотно знижується і максимально можлива вихідна напруга, що розвивається котушкою запалювання.

Наявність пробою міжвиткової ізоляції обмоток котушки запалювання, не позначається на роботі двигуна на холостому ходу і при малих навантаженнях, але призводить до непрацездатності котушки запалювання під час роботи двигуна під високим навантаженням і створює труднощі під час пуску двигуна.

Примітка!

Котушка запалювання з міжвитковим пробоєм генерує ВВ імпульси, що нагадують формою імпульси при забрудненні поверхні керамічного ізолятора свічки запалювання з боку камери згоряння або імпульси при пробої високовольтної ізоляції елемента системи запалювання поза камерою згоряння. Тому в цьому випадку необхідно провести додаткові перевірки.

Джерело: mlab.org.ua