Основными элементами мотор-тестера являются датчики, блок обработки и индикации результатов измерений воспринимаемых сигналов. Датчики и регистрирующие приборы соединены с кабелями штекерами и зажимами.
Современные мотор-тестеры могут выдавать информацию о состоянии системы зажигания в виде цифр, или осциллограммы процесса. Сигналы от приборов системы зажигания поступают в мотор-тестер от специальных датчиков. Чтобы не нарушать работу системы зажигания, для снятия сигнала от цепи вторичного напряжения применяют специальный накладной датчик емкостного типа. Его можно представить, как вторую обкладку конденсатора, первой обкладкой которого служит центральная жила высоковольтного провода, а диэлектриком между пластинами является изоляция этого же провода. Образованная таким образом емкость достаточна, чтобы зафиксировать напряжение, которое пропорционально высокому.
Основная часть мотор-тестера – осциллоскоп, на экране которого появляются различные осциллограммы, отражающие режим работы и техническое состояние проверяемых деталей и приборов системы зажигания. Оценка сигнала, появляющегося на экране осциллоскопа, основывается на изменении при наличии неисправностей характера электрических процессов, протекающих в цепях низкого и высокого напряжения. По отдельным частям изображения можно судить о работе некоторых элементов системы зажигания, а характер изменения позволяет выявлять причины неисправностей. Данные по работе системы зажигания могут выводиться и на экран не только в виде осциллограмм, но и в виде цифровых значений. Мотор-тестеры позволяют по каждому параметру отследить минимальные, максимальные и средние значения, а также сравнить различные параметры между цилиндрами представив их в максимально удобной форме – например, в виде гистограмм (столбиковых диаграмм).
С помощью мотор — тестера можно также определять: величину давления газов, например, воздуха, при сжатии его в цилиндре (компрессия) или разряжение во впускном трубопроводе; давление жидкости, например, топлива в системах топливоподачи. С помощью осциллографа можно проверять датчики системы управления автомобилем по осциллограммам и силе тока, напряжению и сопротивлению, генераторную установку, шины CAN.
Свои особенности диагностирования имеет система зажигания статического типа (без прерывателя-распределителя) с двумя катушками зажигания.
Каждая катушка обслуживает по два цилиндра, работающие с взаимным опозданием фаз газораспределения на 360° по положению коленчатого вала. В одном из цилиндров такой пары, искрообразование происходит в конце такта сжатия (рабочая искра), а в другом – в конце такта выпуска отработавших газов (холостая искра). Ток высокого напряжения к свечам зажигания такой пары цилиндров подводится от двух противоположных выводов вторичной обмотки одной и той же катушки зажигания, вследствие чего полярность импульсов высокого напряжения на свечах зажигания этих цилиндров противоположна. В связи с различной полярностью импульсов высокого напряжения в системах зажигания с двумя катушками, подключать высоковольтные датчики при проведении диагностики необходимо с соблюдением полярности сигнала.
В корпус катушки может быть встроен силовой каскад управления первичной обмоткой катушки, из-за чего съём осциллограммы напряжения на первичной обмотке катушки может быть невозможен, что делает невозможным диагностику системы зажигания по первичному напряжению. Для проведения диагностики системы зажигания с двумя катушками по первичному напряжению, необходимо поочерёдно снять осциллограммы напряжения на первичных обмотках катушек зажигания путём поочерёдного подсоединения осциллографического щупа к первичным цепям катушек зажигания. Осциллограмма вторичного напряжения для системы зажигания с двумя катушками имеет вид, показанный на рис. 16.81.
Ввиду перехода изготовителей на производство бесконтактно-транзисторных систем зажигания, мотор-тестерами возможен визуальный и цифровой анализ изменения напряжения только во вторичной цепи. После размыкания контактов резко повышается напряжение в катушке зажигания и между электродами свечи проскакивает электрическая искра (линия 1). При оптимальном зазоре между электродами свечи зажигания (0,6¼0,8 мм) и нормальном составе топливно-воздушной смеси в цилиндре искровой разряд начинается, когда разность потенциалов между электродами достигает примерно 10 кВ (Uпр). Это происходит при размыкании контактов или при закрытии транзистора. Искра пробивает пространство между электродами, среда между ними ионизируется, и смесь воспламеняется.
После накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания (момент открытия силового транзистора коммутатора) перехода коммутатора в режим ограничения тока в первичной цепи происходит пробой искрового промежутка свечи (участок 3). Участок 4 отражает время (tиск) и характер горения электрической искры. Электрическое сопротивление среды и напряжение между электродами при этом резко падает до 1¼2 кВ (Uгор). Длительность этого участка характеризует энергию искры, существенно влияющую на качество воспламенения рабочей смеси. Через 0,7¼1,5 мс после окончания процесса горения смеси вблизи электродов становится все меньше ионизированных частиц, поэтому сопротивление среды возрастает и напряжение между электродами свечи немного увеличивается. При этом энергии напряжения для поддержания искры недостаточно, в результате чего искра затухает. При исчезновении тока вторичного напряжения остаточная энергия вызывает затухающие колебания на участке 5.
При проверке системы зажигания с помощью осциллоскопа можно определить максимальное напряжение, возникающее на каждом из электродов свечи отдельных цилиндров (рис. 16.2) согласно порядку их работы. Уменьшение зазора между электродами свечи (второй цилиндр) или увеличение (третий цилиндр) соответствует уменьшению или увеличению амплитуды импульса. Уменьшение амплитуды импульса, а значит, и энергии искры ниже 7 кВ приводит к снижению мощностных и экономических характеристик двигателя. Увеличение энергии искры сверх 11 кВ, несмотря на некоторое улучшение экономических показателей работы двигателя, может привести к пробою диэлектрических деталей системы зажигания и утечке тока.
Если при проверке зазоры свечей зажигания окажутся в норме, а напряжение пробоя – ниже нормы (4¼6 кВ), это может свидетельствовать о переобогащении топливно-воздушной смеси. Богатая смесь лучше проводит ток, следовательно, при меньшем напряжении будет происходить пробой между электродами. При высоком напряжении пробоя (13¼15 кВ) и нормальном зазоре в свечах зажигания топливно-воздушная смесь может быть бедной. Если напряжение пробоя больше нормы в одном из цилиндров, то велика вероятность подсоса воздуха в данный цилиндр.
Для полной диагностики системы зажигания важны еще два параметра, названные выше: напряжение и длительность горения искры. Эти два параметра тесно связаны между собой, так как определяют энергию искры. Поскольку энергия катушки зажигания – величина постоянная, то чем больше напряжение искры, тем меньше ее длительность, и наоборот.
Если напряжения пробоя и горения искры выше нормы, а длительность горения искры больше 1,5 мс (рис. 16.3, а), основными причинами являются неисправности свечи зажигания, катушки зажигания, заливание свечи топливом или маслом. При отсутствии участка горения (рис. 16.3, б) и амплитуде напряжения пробоя выше нормы идет высоковольтный колебательный процесс (как зеркало повторяющий колебания в первичной обмотке катушки зажигания), что означает, обрыв провода, идущего к свече проверяемого цилиндра. Если процесс горения наблюдается, но напряжение значительно ниже нормы, а время горения больше 2,5¼3,0 мс, значит, закорочен высоковольтный провод (рис. 16.3, в).
С помощью мотор — тестера дополнительно к сканеру можно определять: относительную компрессию, величину давления газов, например, воздуха, при сжатии его в цилиндре (компрессия) или разряжение во впускном трубопроводе; давление жидкости, например, топлива в системах топливоподачи. С помощью осциллографа можно проверять датчики системы управления автомобилем по осциллограммам и силе тока, напряжению и сопротивлению, генераторную установку, шины CAN.
16.3. Проверка и установка угла опережения зажигания
Углом опережения зажигания называют угол поворота кривошипа коленчатого вала, при котором появляется искра между электродами свечи зажигания до момента подхода поршня к ВМТ. Сгорание рабочей смеси в цилиндре двигателя должно заканчиваться при повороте кривошипа на 10…15° после ВМТ т. е. в начале рабочего хода. Поэтому искровой пробой между электродами должен происходить несколько раньше подхода поршня к ВМТ.
При слишком раннем появлении искры между электродами свечи (большом угле опережения зажигания) давление газов в цилиндре возрастает до подхода поршня к ВМТ, и это препятствует движению поршня. Указанное явление приводит к уменьшению мощности и экономичности двигателя, ухудшению его приемистости. При работе под нагрузкой двигатель перегревается, появляются стуки, а при малой частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода двигатель работает неустойчиво.
Если зажигание рабочей смеси произойдет при нахождении поршня в ВМТ или позднее, рабочая смесь будет гореть при увеличивающемся объеме цилиндра. Следовательно, давление газов в цилиндре будет намного меньше, чем при нормальном зажигании, и это приведет к резкому падению мощности и экономичности двигателя.
Установку зажигания при неработающем двигателе для автомобилей с динамической системой зажигания осуществляют в такой последовательности:
- выворачивают свечу первого цилиндра и заглушают отверстие бумажной пробкой или ввертывают вместо свечи свисток;
- поворачивают коленчатый вал до выталкивания пробки или начала появления свиста, что свидетельствует о такте сжатия в первом цилиндре;
- поворачивают коленчатый вал дальше до совмещения меток установки зажигания. Для взаимной ориентации коленчатого и распределительного валов используются различные метки: штифт на корпусе двигателя – метка на шкиве коленчатого вала (рис. 16.4, а); шкала в картере сцепления – метка на маховике (рис. 16.4, б); метки на корпусе двигателя – метка на шкиве (рис. 16.4, в). У импортных автомобилей могут отсутствовать метки указывающие градусы, или дополнительные метки для первоначальной установки зажигания с помощью контрольной лампочки или светодиода, так как предполагается, что окончательная проверка установки угла опережения зажигания будет производится только с использованием стробоскопа;
- снимают крышку распределителя и проверяют положение токоразносной пластины относительно первого цилиндра. Если она не совпадает с контактом крышки первого цилиндра, а это характерно для тех случаев, когда прерыватель-распределитель снимался с двигателя, приподнимают валик прерывателя и устанавливают его в новое положение таким образом, чтобы токоразносная пластина стала напротив бокового контакта первого цилиндра. Слегка поворачивая токоразносную пластину, вводят валик в зацепление с приводом;
- с небольшим усилием заворачивают гайку крепления распределителя к двигателю и устанавливают октан-корректор (при его наличии) на нулевое деление;
- для контактных или контатно-транзисторных систем зажигания начало размыкания первичной цепи определяют с помощью контрольной лампы или мультиметра;
- для бесконтактно-транзисторых систем проверка может быть произведена с помощью стробоскопа или во время движения автомобиля.
П р о в е р к а с п о м о щ ь ю с т р о б о с к о п а. При работающем двигателе угол опережения зажигания изменяется центробежным и вакуумным регуляторами в зависимости от скорости и нагрузочного режима. В связи с этим окончательную проверку и регулировку угла опережения следует проводить в динамике, т. е. при работающем двигателе с помощью специальных приборов – стробоскопов. Такие приборы используются как в комплектах с мотор-тестерами, так и самостоятельно.
Принцип работы стробоскопических приборов основан на том, что если в строго определенные моменты времени направлять на вращающуюся или движущуюся возвратно-поступательно деталь короткий импульс света (примерно 1:5000 с), то вследствие инерции человеческого зрения деталь будет казаться неподвижной.
Во время работы двигателя импульс высокого напряжения со свечи первого цилиндра через щуп подается на зажигающий электрод лампы, которая загорается и, потребляя ток, запасенный конденсатором накопительного устройства от аккумуляторной батареи, посылает последовательный ряд световых вспышек, синхронных с моментом зажигания в первом цилиндре.
При проверке угла установки зажигания высоковольтный провод стробоскопа подсоединяют с помощью накладного датчика к высоковольтному проводу, идущему к свече первого цилиндра, а пружинные зажимы – к цепи низкого напряжения согласно схеме, представленной на рис. 16.5.
Запустив двигатель на минимальной частоте вращения коленчатого вала, луч от неоновой лампы стробоскопа, вспыхивающий синхронно с вращением коленчатого вала, направляют на шкив. При этом трубка вакуумного регулятора должна быть отсоединена или не отсоединена, в зависимости от требований предприятия — изготовителя. Если угол опережения зажигания установлен правильно, то вследствие стробоскопического эффекта подвижная метка будет казаться неподвижной и находиться напротив неподвижной метки. Отсчет угла опережения зажигания при этом ведется по шкиву или маховику. Если на них будет отсутствовать шкала, что характерно для большинства современных легковых автомобилей, это приводит к погрешностям при определении угла.
Более точны стробоскопы, оборудованные встроенными тахометрами и блоками рассогласования, которые управляются потенциометрами. Информация поступает на специальную шкалу или дисплей. С помощью потенциометра метки шкива (маховика) совмещают с неподвижной меткой соответствующей ВМТ и по шкале или дисплею определяют истинный угол опережения зажигания. Применение таких стробоскопов упрощает измерение угла опережения зажигания.
Для проверки центробежного регулятора прерывателя-распределителя плавно увеличивают частоту вращения коленчатого вала. Подвижная метка при этом должна плавно смещаться в сторону, противоположную направлению его вращения. При неисправной работе метка будет сдвигаться рывками или оставаться неподвижной.
Для более точной проверки работоспособности центробежного регулятора опережения зажигания постепенно увеличивают частоту вращения коленчатого вала, определяют угол опережения относительно первоначального значения в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и сравнивают с нормативным.
Предварительная проверка вакуумного регулятора опережения зажигания проводится при частоте вращения коленчатого вала 2000…2500 об/мин с отсоединенной трубкой. После присоединения трубки вакуумного регулятора подвижная метка должна отклониться в сторону, противоположную направлению его вращения. Более точная проверка работоспособности вакуумного регулятора осуществляется путем изменения разрежения с помощью устройства для создания вакуума, которое входит в комплект с мотор-тестером, и проверкой изменения угла.
Для большинства автомобилей характеристики центробежного и вакуумного регуляторов зажигания указываются в инструкциях по эксплуатации в виде графиков.
П р о в е р к а в о в р е м я д в и ж е н и я а в т о м о б и л я. Прогревают двигатель и разгоняют автомобиль до скорости 50 км/ч, двигаясь на высшей передаче. Резко увеличивают подачу топлива, нажимая на педаль управления подачей и одновременно прислушиваясь к работе двигателя. При этом в двигателе должны прослушиваться несильные и быстро исчезающие детонационные стуки. Отсутствие стуков указывает на позднее зажигание, а непрекращающиеся стуки – на раннее зажигание.
Если угол опережения зажигания установлен неправильно, производится его корректировка. При раннем зажигании корпус или октан-корректор поворачивают в направлении вращения валика привода, при позднем – в противоположном направлении.
Следует отметить, что описанные проверки производятся на моделях имеющих значительный срок эксплуатации. На современных моделях угол опережения зажигания не проверяется. Определяется только состояние датчика детонации.