Автомобиль

Диагностирование электрооборудования  автомобилей

А.Г. Сергеев, В.Е. Ютт

Система зажигания

Система зажигания представляет собой комплекс механических и электрических устройств, назначение которых — обеспечить надежность воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя в надлежащие моменты его рабочего цикла.

Исходя из назначения системы зажигания, основные требования к ней заключаются в том, чтобы:

вырабатывать напряжение, достаточное для пробоя искрового промежутка между электродами свечи;

сообщать искровому разряду энергию, необходимую для надежного воспламенения  горючей смеси;

' воспламенять смесь в каждом цилиндре двигателя в моменты, соответствующие наивыгоднейшему углу опережения  зажигания.

Основные процессы, происходящие в системе зажигания, имеют электрическую природу. Они протекают в двух связанных электрических цепях: первичной (низковольтной), включающей в себя аккумуляторную батарею, добавочный резистор, первичную обмотку катушки зажигания прерыватель и конденсатор; и вторичной, содержащей вторичную обмотку катушки зажигания, подавительный резистор, распределитель и свечи зажигания.

Состояние системы зажигания существенно влияет на динамические и экономические показатели автомобиля. Так, отклонение угла опережения зажигания от оптимального на 15...20° приводит к увеличению расхода топлива до 10 % и потере мощности двигателя до 15 %. Практика «оказывает, что до 30 % автомобилей, поступающих на ТО,  имеют дефекты в элементах системы зажигания.

В настоящее время наряду с классической системой зажигания широко используются контактно-транзисторные и бесконтактные системы. Поэтому ниже рассмотрим диагностирование и новых систем. Основные неисправности систем зажигания и их симптомы приведены в табл. 10, а технические характеристики элементов систем зажигания — в прил.  4.

При ЕО и ТО-1 проверяются действие замка зажигания, состояние и крепление всех приборов, проводов, зажимов и изоляции. При ТО-2 осуществляется углубленное диагностирование. Важное место занимают при этом результаты внешнего осмотра. Например, исправная свеча должна быть сухой, без нагара на изоляторе, а цвет нижней части изолятора—красновато-коричневый. Светло-желтый или белый цвет изолятора свидетельствуют о перегреве свечи из-за пропуска газов в соединении ее с головкой блока. Если изолятор, корпус и электроды покрыты сухим слоем нагара — велико калильное число свечи, неправильно отрегулирован карбюратор, не соответствует требуемому сорт топлива.

Если вся ввертываемая часть свечи покрыта толстым блестящим слоем масла—велико калильное число свечи, неправильна установка зажигания, в цилиндры поступает богатая смесь или   прорывается   масло.

При перегреве свечи, белом изоляторе и корпусе, частично покрытом нагаром, причина -—в раннем зажигании, низком калильном числе, бедной смеси и плохом охлаждении.

Обрыв или перегорание дополнительного сопротивления катушки зажигания

Отсутствие контакта в цепи выключатель зажигания — катушки зажигания

Исправность первичной цепи можно проверить на автомобиле с помощью контрольной лампы, один провод которой подключен на массу, а второй поочередно подключают к зажимам цепи. Зажигание при этом должно быть включено. Точки подключения контрольной лампы КЛ в обычной и контактно-транзисторной системе зажигания показаны на рис. 2.5. Возможные неисправности приведены в табл. 11 и 12. Если первичная цепь исправна, а искры в зазоре между высоковольтным проводом катушки зажигания и массой отсутствуют, то неисправность — во вторичной цепи или разряжена аккумуляторная батарея.

Для выявления неработающей свечи во время работы четырехцилиндрового двигателя поочередно отключают свечи, вынимая из боковых выводов крышки распределителя высоковольтные провода. При отключении работающей свечи перебои в работе двигателя увеличиваются, а отключение неработающей свечи не изменит характер работы двигателя. Неработающая свеча всегда нагрета менее, чем остальные.

Крышки распределителя не должны иметь трещин, следов пробоя изоляции. Влага, масло и .грязь недопустимы. Подавителькые резисторы проверяют измерением их сопротивления,   которое должно составлять 7...14 Ом.

Проверка натяжения пружины производится динамометром и контрольной лампой при включенном зажигании. Лампа включается параллельно контактам прерывателя. При замкнутых контактах лампа не горит. Зацепив крючком динамометра за конец рычажка прерывателя, его плавно отводят до начала размыкания контактов прерывателя, что определяется по вспыхиванию лампы. В этот момент по шкале динамометра определяют силу натяжения пружины и сравнивают с данными прил. 4.

Степень окисления контактов прерывателя определяют по падению напряжения на них. Для этого один провод вольтметра соединяют с корпусом прерывателя, а другой— с его зажимом (вольтметр включен параллельно контактам). При замкнутых контактах (зажигание включено) падение напряжения на них не должно превышать 0,1 В. Превышение этой величины свидетельствует о необходимости  зачистить  контакты.

От величины зазора между контактами прерывателя зависят многие показатели работы системы зажигания. При уменьшении зазора возрастают искрение и перенос металла с подвижного на неподвижный контакт (эрозия), уменьшается величина вторичного напряжения и, как следствие, возникают пропуски искрообразования в свечах. Увеличенный зазор приводит к уменьшению времени (т. е. угла) замкнутого состояния контактов и, следовательно, к уменьшению первичного тока и вторичного напряжения. Последнее, как и в предыдущем случае, обусловит пропуск искрообразования, особенно на быстроходных режимах. При этом существенно возрастает вибрация контактов.

Зазор между контактами можно измерить щупом. Однако вследствие эрозии на одном контакте будет лунка, а на другом — выступ: фактическая величина зазора будет больше, чем измеренная щупом. Поэтому на практике целесообразно измерять угол поворота кулачка, в пределах которого контакты замкнуты (угол замкнутого состояния контактов — УЗСК). Измерение УЗСК заключается в оценке средней величины силы тока через контакты при постоянной частоте вращения вала распределителя. При этом регистрирующий амперметр может быть проградуирован и непосредственно в градусах. Для четырехцилиндровых двигателей УЗСК составляет 46...50е (для двигателей ВАЗ—52...58°), шестицилиндровых — 38...43°, восьмицилиндровых — 28...32°.

Плохое крепление конденсатора к корпусу распределителя, снижение его емкости при подборе диэлектрика (без замыкания обкладок) также приводят к повышению искрения  между  контактами,  их  окислению,   снижению первичного тока и вторичного напряжения и, как следствие, к перебоям в зажигании. Этот же симптом характерен для пробоя изоляции вторичной обмотки катушки зажигания и нарушения зазора между электродами свечи. Для проверки конденсатора и катушки зажигания высоковольтный провод вынимают из центрального ввода подводят его к массе с зазором 7 мм, снимают крышку и ротор распределителя и включают зажигание. Вращая рукояткой коленчатый вал двигателя, наблюдают за искрением. При неисправном конденсаторе между. контактами — сильное искрение, а между наконечником высоковольтного провода и «массой» искры либо не возникает, либо она будет нерегулярной при зазоре меньше 4 мм. Последнее характерно и для случая пробоя изоляции вторичной обмотки катушки. При этом, однако, искрение между контактами прерывателя отсутствует.

Трещины и пробой изоляции крышки распределителя при загрязнении и влаге создают каналы утечки тока высокого напряжения. Это вызывает несвоевременное воспламенение рабочей смеси, что проявляется в неравномерной работе двигателя или невозможности его пуска. Неправильная установка зажигания снижает мощность, экономичность и ухудшает устойчивость и приемистость работы двигателя. Потеря упругости пружин центробежного регулятора вследствие усталости металла или поломка одной из его пружин резко увеличивает угол опережения зажигания на малых и средних режимах работы. В результате появляются детонационные стуки в двигателе (особенно при движении груженого автомобиля на малой скорости). Угол опережения зажигания увеличивается и при увеличении зазора между контактами прерывателя.

Нарушение герметичности вакуумного регулятора из-за повреждения диафрагмы или прокладки под штуцером, трещины в крышке или неплотного соединения трубопровода снижает разрежение. Тогда при изменении нагрузки угол опережения зажигания не изменяется, что снижает экономичность двигателя.

Правильность установки начального угла опережения зажигания, а также оценку работоспособности центробежного и вакуумного регуляторов осуществляют с помощью специального стробоскопического прибора (см. табл. 15), выполненного в виде пистолета. Питание прибора— от бортовой сети проверяемого автомобиля. Прибор подсоединяется тремя клеммами: двумя — к аккумуляторной батарее,   одной — к   свече    первого   цилиндра  двигателя.

Перед измерениями необходимо отрегулировать зазор между контактами прерывателя, пустить двигатель и прогреть его до температуры охлаждающей жидкости 70...90 °С; отсоединить от корпуса вакуумный автомат и установить минимальную частоту вращения коленчатого вала.

Включив прибор (стробоскопическая лампа начнет давать вспышки), направляют световой луч на подвижную контрольную метку. Расположение меток приведено в  табл.  

Вследствие стробоскопического эффекта при правильной установке зажигания подвижная метка будет казаться неподвижной и должна находиться против фактически неподвижной метки. Если метки не совпадают, необходимо отрегулировать зажигание. Для этого, не останавливая двигатель, нужно ослабить стяжной винт установочной скобы и повернуть распределитель (влево или вправо) до совпадения установочных меток; стяжной винт затянуть. Совпадения меток можно добиться и регулировкой октан-корректора. Таким образом, стробоскопический эффект позволяет наблюдать на всех режимах работы двигателя сдвиг между моментом зажигания и ВМТ.

Работоспособность центробежного автомата проверяют плавно увеличивая частоту вращения коленчатого вала. При исправном центробежном автомате подвижная метка будет плавно смещаться относительно неподвижной. Смещение метки рывками свидетельствует о заедании осей или   заклинивании   грузиков   регулятора.

Работоспособность вакуумного автомата проверяется при частоте вращения коленчатого вала 2000...2500 мин-1 путем быстрого подключения трубки вакуумного регулятора. При этом из-за появившегося разрежения подвижная метка должна резко отклониться. Если она осталась в первоначальном состоянии, то это свидетельствует о засорении трубки или распылителя, отсутствии герметичности или повреждении пружины мембраны. Допустимые значения  углов опережения зажигания приведены в прил. 4.

Другим методом определения угла опережения зажигания является контроль величины разрежения во впускном трубопроводе. Следует учесть, что оптимальной установке первоначального угла опережения зажигания соответствует максимальная величина разрежения во впускном трубопроводе.

Процессы, происходящие в электрической пени системы зажигания, являются принципиальной основой для диагностирования ее состояния по форме импульсов напряжения, регистрируемых электронным осциллографом.

Наблюдая на экране осциллографа за кривыми изменения напряжения в системе, можно с определенной точностью судить как о состоянии системы в целом так и об отдельных  элементах.

На рис. 2.6, а приведена эталонная кривая напряжения на контактах прерывателя. По горизонтальной оси отложен угол поворота вала распределителя. Постоянный уровень соответствует напряжению аккумуляторной батареи при разомкнутых контактах прерывателя. Высокочастотные колебания / в начале цикла обусловлены колебательным процессом в системе конденсатор—первичная обмотка катушки зажигания при размыкании контактов прерывателя. Высокочастотные колебания 3 на спаде импульса зажигания отражают процесс рассеивания остаточной энергии в катушке зажигания после прекращения искрового разряда. Длительность импульса зажигания т3 в первичной цепи 2 и вторичной цепи 5 определяется запасом энергии в катушке зажигания. В пределах угла 0р контакты разомкнуты, а в пределах угла 03 замкнуты. Описанному циклу изменения напряжения на контактах прерывателя соответствует цикл изменения напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания, показанный на рис. 2.6j б. Высокочастотные колебания 6 вызваны перезарядом распределенных емкостей выходной цепи при замыкании контактов прерывателя.

Неисправности различных элементов системы зажигания определенным образом влияют на форму импульсов напряжения в пределах цикла зажигания. Если в цепи свечи короткое замыкание, то импульс напряжения во вторичной цепи имеет малую амплитуду и большую длительность разряда по сравнению с импульсами других цилиндров, однако форма его напоминает нормальные импульсы. Такая же форма импульса наблюдается и при очень малом зазоре между электродами свечи. Нечеткость размыкания и замыкания контактов прерывателя] свидетельствует о загрязнении или неисправности контактов, разболтанном креплении оси контакта или слабом натяжении пружины и приводит к дребезжанию. Несовпадение углов замкнутого состояния контактов для различных цилиндров двигателя свидетельствует  о  дефектах   привода, крепления контактов прерывателя и т. д.

Следует отметить, что в электронной системе зажигания импульс напряжения на контактах прерывателя имеет почти прямоугольную форму и осциллографическая кривая этого напряжения позволяет судить лишь о регулировке контактов прерывателя и исправности цепи, в которую включен прерыватель.

Наиболее ненадежный элемент полупроводникового коммутатора ТКЮ2 — транзистор ГТ701-А, работающий в режиме ключа (до 50  % всех отказов системы).

Увеличение коэффициента усиления по току в процессе эксплуатации транзисторной системы зажигания приводит к резкому повышению коллекторного тока и уменьшению надежности безотказной работы системы в период перевода полупроводникового ключа из рабочего состояния в нерабочее. Основной причиной, вызывающей отказ транзистора, является нарастание коэффициента усиления по току до критического значения (5=15. Учитывая, что процесс нарастания происходит постепенно, этот отказ можно прогнозировать.

В качестве диагностического параметра, отражающего состояние транзистора, принимается время нарастания тока полупроводникового ключа. Наилучшим местом присоединения осциллографа к системе является добавочное сопротивление первичной цепи. В данном случае на экране можно будет наблюдать изменение тока переходного процесса и определить время его нарастания. При этом первичная цепь катушки зажигания должна быть закорочена, а контакты прерывателя разомкнуты. Последнее необходимо сделать, так как параллельно им должен быть установлен электронный ключ (ЭК), имитирующий работу контактов и позволяющий получить на экране осциллографа устойчивое изображение переходного процесса. Питание схемы может производиться как от аккумулятора, установленного на -автомобиле, так и от другого источника напряжения.

Определение напряжения срабатывания стабилитрона производится путем подачи на вход ТК102 напряжения от независимого источника питания при отключенной одной из клемм катушки зажигания. Появление тока в цепи свидетельствует о срабатывании стабилитрона, а сравнение напряжения £/ст с величиной максимального допустимого напряжения 1/эк позволяет количественно оценить надежность работы цепи защиты. 48

При необходимости контроля первичного напряжения катушки зажигания один вход осциллографа подключается к клемме без обозначения коммутатора ТК102, а другой — к корпусу автомобиля (масса). На экране осциллографа появится сигнал с амплитудой порядка  100 В.

Диагностирование транзисторного коммутатора ТК200 бесконтактной системы зажигания не отличается от приведенной методики диагностирования ТК102. Следует лишь указать, что амплитуда первичного напряжения достигает  200  В.

На рис. 2.7 и 2.8 приведены рабочие характеристики ТКЮ2 и ТК200. Здесь кривая / (см. рис. 2.7) относится к четырехцилиндровому двигателю с ТКЮ2, а кривые 2 и 3 — к восьмицилиндровому двигателю с ТК200. Соответственно на рис. 2.8 отражены зависимости вторичного напряжения от различных значений шунтирующих сопротивлений Rm (кривая /) и емкостей Сш (кривая 2).

Некоторые конструктивные изменения осциллографа Э206 позволяют наблюдать на экране характерные признаки конкретных неисправностей полупроводникового коммутатора ТКЮ2 контактно-транзисторной системы зажигания. Соответствующая технология диагностирования приведена в табл.14.

Таким образом, проверка исправности электронных систем зажигания на автомобиле во многом аналогична проверке классических контактных систем зажигания. Правда, в контактно-транзисторных системах контакты прерывателя практически не подвержены эрозии, следовательно, и вероятность отказа из-за этого невелика.

В бесконтактных системах этот вид неисправности вообще исключается. Однако при диагностировании электронных систем зажигания  категорически  запрещается:

замыкать накоротко выводные клеммы, а также производить какие-либо переключения соединительных проводов,   не  предусмотренные   инструкцией;

оставлять включенным зажигание при неработающем двигателе.

Отечественной промышленностью и за рубежом выпускаются приборы для диагностирования элементов только системы зажигания (табл. 15), а также комбинированные устройства и стенды, в которых элементы системы зажигания диагностируют наряду с другими (п. 3.1).

Принципы диагностирования всей системы зажигания вне зависимости от конструкции самой системы (контактная, бесконтактная) и применяемого оборудования и приборов являются едиными.

При ппв = 1000 мин-1 определяется состояние катушки зажигания и конденсатора, а также угол замкнутого состояния контактов и его изменение. При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя до 2000 мин-1 угол замкнутого состояния контактов на наблюдаемой осциллограмме не должен увеличиваться более чем на 2°.

Состояние контактов прерывателя определяется при пдв = 1000 мин"1, а с увеличением частоты вращения до 2000 мин""1—-по изменению  УЗСК на осциллограмме.

Проверка вторичных цепей системы зажигания по осциллограмме первого цилиндра определяет полярность вторичного напряжения, состояние вторичной обмотки катушки зажигания и состояние высоковольтного провода от катушки   к   распределителю.

Осциллограмма вторичного напряжения всех цилиндров в наложенном виде устанавливает увеличение зазора свечи, короткое замыкание в цепи свечи, обрыв в цепи свечи и увеличение сопротивления  в цепи свечи.

Осциллограмма вторичного напряжения всех цилиндров последовательно определяет характер пробивного напряжения на свечах и качество работы свечей в режиме работы двигателя до 2000 мин-1. Пробивные напряжения на разных свечах не должны отличаться более чем на  10  %.

Эталонные осциллограммы характерных неисправностей элементов системы зажигания и их описания приведены в  табл.

Для проверки напряжения, развиваемого катушкой зажигания, изолированным захватом отсоединяют провод свечи  и  производят отсчет  напряжения   по  шкале.   Оно должно быть в пределах  U2 > (1,2...2)  Uup.

Диагностирование системы зажигания следует начинать с анализа первичного напряжения. Неисправное состояние контактов прерывателя легко устанавливается по характеру искажения кривой первичного напряжения при частоте вращения   2000  мин.

Угол замкнутого состояния контактов считывается для четырехцилиндровых двигателей по шкале 0...900 и должен быть в пределах 46...50° (для двигателей ВАЗ—52...58°); для шестицилиндровых — по шкале 0...600 и составляет 38...43°; для восьмицилиндровых — по шкале 0...900 и составляет 28...32° (при считывании по шкале результат уменьшают в 2 раза).

Наложенное изображение первичного напряжения всех цилиндров позволяет определить износ кулачка и привода прерывателя, приводящий к асинхронизму в чередовании искр. Отклонение определяется по величине перекрытия в момент замыкания контактов и не должно превышать 2° по шкале, соответствующей числу цилиндров проверяемого двигателя.

Описанные осциллограммы воспроизводятся на экране осциллографов различных конструкций.

Для установки и измерения угла опережения зажигания в основном применяются приборы, использующие стробоскопический эффект. В частности, стрелочный прибор Злкон-5!02А позволяет осуществить проверку и регулировку начального угла опережения зажигания, а также испытание центробежного и вакуумного регуляторов 2-и 4-тактных карбюраторных двигателей. В комплект прибора входит стробоскопическая лампа и индуктивный датчик, устанавливаемый на свече первого цилиндра.

Подключение прибора в цепь зажигания или отключение разрешается производить только при неработающем двигателе, а прикасаться к индуктивному датчику во время измерений воспрещается.

Перед началом измерений необходимо проверить и отрегулировать зазор   между   контактами   прерывателя и УЗСК.

Установка угла опережения зажигания и проверка работы центробежного автомата, производятся так же, как. и прибором Э102. Однако наличие стрелочного прибора позволяет непосредственно определить угол опережения за    счет   центробежного    регулятора.    При    этом,   если неподвижные метки ВМТ и установки зажигания (см. табл. 13) совпадают, то стрелочный прибор непосредственно покажет данный угол. Если эти точки не совпадают, то из показаний прибора следует вычесть установочный угол опережения  зажигания.

Для проверка вакуумного регулятора опережения зажигания совместно с Элкон-5102А используются тахометр Элкон-S-101 и вакуумметр Элкон-S109, соединенные по схеме

рис. 2.9. Упорным винтом дроссельной заслонки карбюратора устанавливают частоту вращения коленчатого вала, при которой центробежный регулятор уже не действует и фиксирует этот угол (например, <рв == 20°). Далее,-с помощью прибора Элкон-5109 увеличивают вакуум до тех пор, пока метки, освещаемые стробоскопом, не совместятся. Значение этого вакуума (например, 120 мм рт. ст.) является началом регулирования вакуумного автомата. Увеличивая дальше величину вакуума, следят за изменением угла опережения зажигания. В определенный момент этот угол уже не возрастает. Значение вакуума, соответствующее этому значению угла (например, фк=30°), — конец действия вакуумного автомата. Тогда интервал регулирования вычисляют как Дср = срк—срн (в нашем примере Д<р=30— —20=10°) и сравнивают с нормативом. Скоростной режим работы двигателя во время описанных измерений должен контролироваться тахометром и быть постоянным.

Переносной прибор Э213 предназначен для проверки распределителей 4-, 6-, 8-цилиндровых двигателей, контроля сопротивления изоляции, измерения емкости конденсаторов и частоты вращения.

Стрелочный прибор с разнесенными шкалами типа SUN QST-500 предназначен для диагностирования системы зажигания по всем параметрам. Стробоскопический пистолет входит в комплект прибора наряду с индуктивными датчиками, устанавливаемыми на первом цилиндре. Ему аналогичен и  «диагностический  чемодан» Элкон-5220.

Описанная выше регистрация кривых напряжения переходных процессов в системе зажигания с помощью осциллографа обладает рядом недостатков (низкая точность измерения параметров, большие затраты времени, субъективность оператора). Указанные недостатки могут быть устранены с помощью устройства, в котором происходят измерение напряжений отдельных участков характеристической кривой системы зажигания, измерение временных интервалов характеристической кривой, сравнение измеренных параметров с их допустимыми значениями, анализ параметров неисправностей и выдача результатов диагноза.

На рис. 2.10 приведена блок-схема автоматизированной диагностической установки, использующей универсальную вычислительную машину (УВМ) М-6000, лишенной указанных недостатков. В установке применен датчик угла поворота ДУП, который исключает необходимость применения стробоскопа для определения верхней мертвой точки первого цилиндра и, кроме того, позволяет определить ВМТ остальных цилиндров и выдает одноградусные импульсы поворота коленчатого вала двигателя. Сигналы с емкостного датчика вторичного напряжения ДВН поступают в преобразователь информации ПИ, состоящего из преобразователя импульсного напряжения в аналоговое Ua, построенного на усилителях; измерителя интегрального напряжения £/ин, определяющего площадь напряжения разряда, построенного на усилителе; формирователей длительности разряда .Рдл и конца разряда FK, построенных на  интегральных схемах.

Сигналы с преобразователя информации поступают в УВМ, где аналоговая форма преобразуется в цифровую, а импульсы длительности разряда—во время. Дальнейшая их обработка происходит согласно алгоритму, изложенному в   гл.   1   (см,   рис. 1,3).

Разработаны принципиально новые формирователи сигнала первой свечи ФСПС и сигнала прерывателя ФСПр, построенные также на интегральных схемах. Формирователь этого типа нечувствителен к дребезжанию контактов прерывателя,  что предотвращает появление ложных импульсов.

Работу этой системы поясняет временная диаграмма (рис. 2.11). Для определения угла опережения зажигания сигнал с ФСПС поступает в УВМ и открывает ключ счетчика, на который поступают одноградусные импульсы с датчика угла поворота ДУП. При поступлении с ДУП сигнала zx ВМТ 1-го цилиндра ключ закрывается. Число импульсов, записанных в системе, показывает угол опережения зажигания. Таким образом, угол опережения можно определить для всех цилиндров. Аналогично измеряется угол замкнутого состояния контактов прерывателя. Импульсом П из ФСПр также открывается ключ счетчика одноградусных импульсов, поступающих из ДУП. По окончании импульса П ключ счетчика закрывается. Число импульсов, записанных в счетчике, показывает угол замкнутого состояния контактов прерывателя для всех цилиндров,  что определяет биение кулачка прерывателя.

Преобразование пробивного напряжения и интегрального напряжения в цифровую форму происходит после получения сигнала окончания разряда FR УВМ от преобразователя   информации.

Обработку сигналов можно производить также с помощью логических устройств, работающих согласно заданному алгоритму.