Исследование влияния дефектов двигателя на величину пробивных напряжений и на время горения искры на электродах свечей зажигания

Любые неисправности в системах двигателя приводят к изменению основных диагностических параметров на осциллограммах высоковольтных напряжений (пробивное напряжение, время и напряжение горения искры).

Искусственным путём в двигателе и системы его управления последовательно моделировали наиболее характерные и часто встречающиеся дефекты и неисправности. После этого двигатель запускался и на холостом ходу производилась запись осциллограмм вторичных напряжений, которые за тем сравнивались с осциллограммами, соответствующие нормальной работе двигателя. Были выбраны следующие возможные ситуации: зазор на электродах свечи выше нормы; зазор на электродах свечи ниже нормы; трещина в изоляторе свечи зажигания; загрязнённые электроды свечи зажигания; обрыв высоковольтного провода; пробой наконечника свечи зажигания; богатая топливная смесь; бедная топливная смесь; низкая компрессия в цилиндре двигателя.

После анализов результатов измерения пробивных напряжений и времени горения искры автомобиля были сделаны следующие выводы:

Осциллограммы первичного и вторичного напряжения для контактных и транзисторных систем зажигания отличаются от осциллограмм микропроцессорных систем зажигания, главным образом, наличием более повышенной амплитуды колебаний вначале участка линии горения искры (участок 1) и более продолжительный период затухающих колебаний (участок 2) (рис.38 и рис. 39). Это происходит, потому что контактные и транзисторные системы имеют катушки, у которых первичная обмотка непосредственно связана со вторичной обмоткой.

Рис. 38. Осциллограмма импульса высокого напряжения транзисторной системы зажигания.

Рис. 39. Осциллограмма импульса высокого напряжения системы зажигания «холостая» искра.

В контактной системе зажигания длина периода накопления энергии (УЗСК), должна быть для каждого цилиндра постоянной и различая не должны превышать 3⁰. В случае превышения значения УЗСК вероятными причинами могут быть износ кулачков или биение вала распределителя зажигания, а также потеря жёсткости прижимной пластинчатой пружины контакта и износ контактов прерывателя.

При диагностике транзисторных системах зажигания необходимо обращать внимание на увеличение значения УЗСК при повышении частоты вращения коленчатого вала, если УЗСК не изменяется в большую сторону, то не исправен коммутатор системы зажигания.

Смещение участка накопления энергии в сторону уменьшения для системы зажигания «холостая» искра и систем зажигания с индивидуальными катушками происходит из-за. использования «сухих» катушек зажигания с низким сопротивлением первичной катушки зажигания, что приводит к резкому увеличению тока и скорости его нарастания в первичной обмотке.

Влияние зазора на свечах зажигания. Рекомендуемый зазор на свечах зажигания для транзисторных систем зажигания составляет 0,7-0,8 мм. Увеличение зазора на свече зажигания приводит к резкому увеличению минимального и максимального значений пробивных напряжений на всех режимах (рис. 40.). Так, при зазоре 1,0 мм максимальные пробивные напряжения на оборотах без нагрузки возросли с 15 кВ до 26 кВ, а так же при работе на бедной смеси наблюдается наклон линии горения искры вверх. Повышенные значения пробивных напряжений могут привести к пробою изоляции в элементах высоковольтной цепи (высоковольтные провода, свечи, катушка зажигания и т.д.) и следовательно к пропускам искрообразования в одном или нескольких цилиндрах двигателя.

Если зазор на свече зажигания установлен ниже нормы, то это приводит к резкому уменьшению минимального и максимального значений пробивных напряжений. Так, при зазоре 0,4 мм максимальные пробивные напряжения снизились с 15 кВ до 7 кВ. Пониженные значения пробивных напряжений повышают число циклов с «вялым» начальным периодом сгорания, вследствие меньшего объема горючей между электродами свечи зажигания и следовательно приводят к неполному сгоранию топлива.

Рис. 40. Свеча на первом цилиндре с зазором 1мм на втором цилиндре 0,4мм, на третьем и четвёртом цилиндрах 0,75мм.

Влияние топливной смеси.В богатой воздушно-топливной смеси, есть большее количество газовых молекул в камере сгорания, которые очень плотно упакованы. Так, когда искра зажигает некоторые молекулы, они в свою очередь зажигают другие, и это продолжается, пока сгорание не закончено. Поэтому пробивное напряжение несколько ниже уменьшается, а время горения искры увеличивается, по сравнению с аналогичными параметрами представленными на диаграммах для цилиндров 3 и 2 (рис.41). При этом напряжение горения искры меньше по сравнению с нормальным процессом.

При более бедной воздушно-топливной смеси плотность газовых молекул более редка, и это более трудно для молекул, чтобы зажечь друг друга. Искра между электродами должна быть поддержана для полного сгорания. Поэтому напряжение пробоя увеличивается, время горения искра уменьшается, что отражено для 4 цилиндра (рис.41). При этом напряжение горения искры больше по сравнению с нормальным процессом, а так же при работе на бедной смеси наблюдается наклон линии горения искры вверх.

Рис. 41. Топливная смесь отличается от нормы, в цилиндре №1 - обогащённая смесь, а в цилиндре №4 - обеднённая смесь.

Низкая компрессия.Если компрессия ниже нормы, то это приводит к резкому уменьшению значений пробивного напряжения в 3-цилиндре (рис.42). Так, при компрессии в цилиндрах 0,7-0,9 МПа напряжения пробоя снижаются с 15 кВ примерно до 6 кВ.

Рис. 42. Низкая компрессия в цилиндре №3.

Пониженные значения пробивных напряжений повышают число циклов с «вялым» начальным периодом сгорания, вследствие меньшего объема горючей между электродами свечи зажигания и следовательно приводят к неполному сгоранию топлива.

Пологая форма линии горения искры и более высокое напряжение горения искры указывает на загрязнение свечи (цилиндр №1) и на высокое сопротивление наконечника свечи зажигания (цилиндр №2), рис.43.

Рис. 43. Пологая форма линии горения искры: загрязнение свечи (цилиндр №1), высокое сопротивление наконечника свечи зажигания (цилиндр №2)

Любые неисправности в системах двигателя приводят к изменению основных диагностических параметров на осциллограммах высоковольтных напряжений (пробивное напряжение, время и напряжение горения искры).

В отдельных случаях при проведении эксперимента наблюдалось искажение форм осциллограмм вторичных напряжений (рис.44).

Рис. 44. Искажение форм осциллограмм вторичного напряжения: цилиндр №3 – коронный разряд, цилиндр №4 – трещина изолятора, цилиндр №2 - пробой наконечника свечи зажигания.

Например, в случаях наличия коронного разряда (цилиндр №3), наличия трещины изолятора свечи зажигания (цилиндр №4) или пробой наконечника свечи зажигания (цилиндр №2).

Напряжение горения должно быть в пределах от 1 до 4 кВ и равным для всех цилиндров.

Линии продолжительности горения искры должны быть равными по длине во всех цилиндрах. Время горения искры должно находиться в переделах от 1,0-2,0мс. Между напряжением горения и временем горения искры имеется следующая взаимосвязь. Если фактор имеет тенденцию увеличивать напряжение горения, это уменьшит продолжительность горения искры и наоборот, если фактор имеет тенденцию уменьшать напряжение горения, это будет увеличивать продолжительность горения искры.

Время горения искры зависит от величины достигнутого напряжения во вторичной цепи катушки зажигания, которое затрачивается на преодоление сопротивления вторичной цепи и создания искры, а остальная часть на поддержание искры. На время горения искры оказывают влияние следующие факторы: повышенный зазор на электродах свечи зажигания (рис.40, цилиндр №1); сопротивление первичной обмотки катушки зажигания; сопротивление во вторичной цепи зажигания; качество рабочей смеси (рис.41, цилиндр №4), (состав, турбулентность), и все возможные дефекты, влияющие на величину пробивных напряжений.

Максимальное значение пробивное напряжение достигает при пуске и разгоне двигателя, минимального – при работе на установившемся режиме и при работе двигателя на максимальной мощности. Это происходит из-за ухудшения наполнения цилиндров свежим зарядом топливной смеси и возрастания температуры центрального электрода цепи.

Таким образом на величину пробивного напряжения влияют много факторов. Общие руководящие принципы для оценки влияния различных факторов на значения пробивных напряжений представлены в таблице 1.

Таблица 1.

ФАКТОРЫ	Напряжение пробоя
Выше	Ниже
Свечи зажигания: 1. Зазор на электродах выше нормы. 2. Зазор на электродах ниже нормы.	X	X
Полярность центрального электрода свечи: 1. Отрицательная. 2. Положительная.	X	X
Высокое сопротивление вторичной цепи катушки зажигания.	X
Низкое сопротивление вторичной цепи катушки зажигания.		X
Замыкание на корпус вторичной цепи катушки зажигания.		X
Разрыв вторичной цепи катушки зажигания.	X
Опережение зажигания: 1. Позднее. 2. Раннее.	X	X
Топливная смесь: 1. Бедная. 2. Богатая.	X	X
Компрессия в цилиндрах двигателя: 1. Высокая. 2. Низкая.	X	X

Контрольные вопросы

1. Назначение цифровых осциллографов. Скважность сигнала.

2. Устройство и работа контактной системы зажигания.

3. Устройство и работа транзисторной системы зажигания с индукционным датчиком.

4. Как выглядит осциллограмма индукционного датчика?

5. Как влияет УЗСК на энергию искрового разряда?

6. Почему ток в первичной обмотке увеличивается не мгновенно?

7. Какие функции, выполняет коммутатор в системе зажигания с индукционным датчиком?

8. Объяснить значение основных участков диаграммы напряжений вторичной обмотки катушки зажигания?

9. Устройство и работа транзисторной системы зажигания с датчиком Холла.

10. Как выглядит осциллограмма датчика Холла?

11. Устройство и работа микропроцессорной системы зажигания (Холостая искра).

12. Какие датчики используются для работы микропроцессорной системы зажигания?

13. Как вычисляется угол опережения зажигания?

14. Устройство и работа микропроцессорной системы зажигания с индивидуальными катушками зажигания.

15. Причины установки подавительного диода в цепь вторичной обмотки катушки микропроцессорной системы зажигания с индивидуальными катушками.

16. Как работать с осциллографом в режиме «Первичная цепь».

17. Как работать с осциллографом в режиме «Вторичная цепь - дуга».

18. Как работать с осциллографом в режиме «Вторичная цепь».

19. Влияние топливной смеси на величину пробивных напряжений.

20. Влияние давления в цилиндрах двигателя на величину пробивных напряжений.

21. Влияние зазора между электродами свечи зажигания на величину пробивных напряжений.

22. Факторы влияющие на время горения искры.