Проверка зажигания осциллографом

Основные проблемы в системе зажигания

Начиная с середины прошлого столетия, система зажигания (СЗ) постоянно совершенствовалась, и если в семидесятых годах 20-го века в основном была распространена схема с контактными трамблерами, то в 80-х годах уже использовалась бесконтактная система с коммутатором для лучшего искрообразования на свечах.

Если в системе зажигания происходят различные сбои, в двигателе возникают различные проблемы:

• мотор начинает троить – не работает один или несколько цилиндров;
• ДВС не запускается (пропадает искра на свечах зажигания);
• появляются хлопки во впускном коллекторе или в трубе глушителя;
• движок начинает детонировать, «стучат поршневые пальцы»;
• повышается расход топлива, а из трубы глушителя идет черный дым;
• двигатель перегревается.

Причиной неисправности могут быть любые детали и узлы СЗ:

• искровые свечи;
• катушка или модуль зажигания;
• высоковольтные провода или наконечники;
• прерыватель-распределитель (в системах с трамблером);
• коммутатор (если он устанавливается в системе);
• замок зажигания;
• электропроводка;
• различные датчики или сам блок управления (в электронных системах).

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:

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:

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.

Классическое зажигание

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

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 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.

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).

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.

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.

Зазор между электродами свечи зажигания и компрессия

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.

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.

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.

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.

Приборы для диагностики

Чтобы определить неисправность в системе зажигания, применяется различного рода диагностика, причем, проверить исправность деталей СЗ можно различными приборами, также можно продиагностировать двигатель и вручную, например, по свечам. Компьютерная диагностика используется для проверки работоспособности электронных систем управления двигателем (ЭСУД) – с помощью подключения к диагностическому разъему ДВС сканера или компьютерного устройства (ноутбука, стационарного компьютера) выявляются ошибки датчиков, топливных форсунок, проверяются общие параметры.

К приборам диагностики также относятся вольтметры, омметры, в некоторых автосервисах неисправности в СЗ определяют с помощью осциллографа – этот прибор позволяет с высокой точностью определять параметры многих элементов электронной системы.

Диагностика по свечам зажигания

Диагностику по свечам проводят в том случае, если требуется выяснить, какой из цилиндров в двигателе не работает. На ЭСУД отключение производится с помощью диагностического прибора, например, на сканере – диагностический стенд отключает подачу питания на цилиндр. При исправной свече характер работы двигателя меняется – он замедляет обороты, начинает работать еще более неустойчиво.

На простом карбюраторном движке исправность свечей проверяют выдергиванием свечных наконечников, и здесь принцип определения работоспособности цилиндра такой же, как и при компьютерной диагностике – если характер работы двигателя не меняется, следует искать неисправность именно в этом цилиндре.

Причин нестабильной работы ДВС может быть много, и далеко не всегда в подтраивании движка виноваты могут быть свечи. Чтобы проверить свечи зажигания, их выкручивают из головки блока цилиндров и в первую очередь осматривают. На исправной свече:

• зазор между электродами равен 0,7-1,0 мм, сами электроды не подгорелые, достаточной толщины;
• нет черного нагара, сколов изолятора вокруг центрального электрода;
• на наружном изоляторе нет трещин, следов прогара.

Работоспособность свечи проверяют на специальном стенде под давлением – заворачивают ее в камеру, создают рабочее давление (9-12 атмосфер) и подают высокое напряжение – если между электродами проскакивает хорошая рабочая искра, значит, свеча зажигания в порядке.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

Диагностика катушек зажигания

Катушки зажигания (КЗ) на автомобилях из строя выходят достаточно часто, из-за неисправности этих деталей мотор может совсем не запускаться или троить и не набирать обороты. Сразу следует отметить, что КЗ могут быть разными по конструкции – на более старых моделях шла одна круглая катушка цилиндрического типа, на современных ДВС устанавливаются:

• сдвоенные (по две КЗ) или монолитные модули с высоковольтными проводами и наконечниками;
• катушки для каждого цилиндра – такие модули зажигания устанавливаются непосредственно на свечи, и у них нет в/в проводов и наконечников.

Проверяются КЗ различными способами:

• внешним осмотром;
• омметром;
• осциллографом.

Часто катушки выходят из строя из-за перегрева, и на более старых моторах (например, ВАЗ «Классика») в результате обрыва или замыкания витков обмотки двигатель перестает запускаться, так как КЗ устанавливается на этих движках одна. На более новых авто при неисправной обмотке перестают работать только один или два цилиндра, и движок начинает троить.

Осматривать катушку следует очень внимательно – на токоизоляционных ее частях не должно быть следов прогара, а также присутствовать трещины. Если наружные дефекты обнаруживаются, деталь подлежит обязательной замене – в любом случае она уже долго не прослужит.

Проверить целостность обмоток КЗ можно с помощью омметра:

• на первичной обмотке прибор должен показывать в пределах одного Ома;
• на вторичной обмотке сопротивление колеблется в пределах от 5 до 20 КилоОм.

Показатели для различных моделей КЗ могут отличаться, для каждой марки существуют свои параметры. Но по сопротивлению исправность детали определить не всегда удается, более точно это можно выяснить при помощи осциллографа или путем ее замены на заведомо исправную запасную часть.

Диагностика трамблера

На многих системах зажигания более старых автомобилей устанавливался трамблер, и он часто являлся причиной сбоев в работе двигателя. В контактных прерывателях-распределителях нередко подгорают элементы контактной группы, и по этой причине мотор может трудно запускаться или не заводиться вовсе.

Наиболее распространенные неисправности трамблеров:

• перегорание резистора на бегунке;
• появление трещин и прогар в крышке трамблера;
• обрыв проводков датчика Холла (часто такое отмечается в распределителях ВАЗ 2108-09, ГАЗ 31029-3110 с двигателем ЗМЗ 402);
• износ подшипников вала.

Крышку трамблера на русских автомобилях стоит очень недорого, меняется в течение нескольких минут, и поэтому лучше такую деталь всегда иметь с собой в запасе. Проверить крышку проще всего ее заменой – если мотор стал работать исправно, все дело именно в ней.

Диагностика ЭСУД

Исправность электронной системы управления двигателем проверяется при помощи специального сканера или компьютера, в приборах диагностики зажигания устанавливаются программы, причем, для каждой модели двигателя используется свое программное обеспечение.

В электронной системе присутствуют различные датчики, и они могут выходить из строя. Если в ЭСУД появляются неисправности, они фиксируются электроникой, а о наличии ошибки сигнализирует лампа диагностики Check Engine на щитке приборов в салоне машины.

• положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
• детонации (ДД);
• положения распредвала (ДПРВ);
• положения коленвала (ДПКВ);
• расхода воздуха (ДМРВ) или абсолютного давления (ДАД), разные датчики устанавливаются в зависимости от типа ЭСУД;
• температуры (ДТОЖ);
• окружающего воздуха (ДТОВ).

Еще во всех электронных системах устанавливается регулятор холостого хода, сам блок управления. Нередко причиной сбоев в зажигании является электропроводка, например, не подается питание на одну из катушек. Если отказывается работать ЭБУ, двигатель может не запускаться, в таком случае блок подлежит ремонту или замене.

Неисправности коммутатора зажигания

В/в провода со временем теряют свои изоляционные свойства, также внутри проводов может произойти обрыв токопроводящего элемента. Но чаще всего провода начинают пробивать на массу – изоляция не выдерживает высокого напряжения. Диагностировать высоковольтные провода хорошо в темноте – когда темно, хорошо видно, где пробивается наружу искра. Если идет пробой искры, мотор троит и не развивает нужных оборотов.

В бесконтактных системах зажигания с трамблером устанавливается коммутатор, он предназначен обеспечивать бесперебойное искрообразование на свечах, также служит для образования стабильной искры на всех оборотах двигателя, в том числе и холостых. В случае отказа коммутируемого устройства мотор начинает плохо запускаться, а во многих случаях совсем не заводится.

Основной признак неисправного коммутатора – его сильный нагрев, определить перегрев можно, прикоснувшись рукой к корпусу устройства. Как правило, вместе с коммутатором также сильно нагревается и катушка. Часто эти детали нагреваются и выходят из строя на старых автомобилях «Газель» и «Волга» ГАЗ 31029-3110 с двигателем ЗМЗ 402. Причина столь частых поломок – низкое качество запчастей, поставляемых различными производителями.