Проверка зажигания осциллографом

Самый совершенный метод диагностики систем зажигания 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:

Проверка зажигания осциллографом

• 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 катушки 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 почитать отдельно.

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. Момент открытия силового транзистора коммутатора (начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания).
2. 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.
3. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (во вторичной цепи при этом возникает пробой искровых промежутков между электродами обслуживаемых катушкой свечей зажигания и начало горения искры).
4. Отражение горения искры.
5. 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).
3. Участок горения искры между электродами свечи зажигания.
4. Затухающие колебания, возникающие сразу после окончания горения искры 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.