Школа Алексея Пахомова. Диагностика цепей питания системы зажигания. Часть 1
Многолетняя практика работы на диагностическом участке мультимарочного автосервиса и анализ статистики дефектов показали фактическое отсутствие внимания диагностов к качеству напряжения, питающего компоненты системы управления двигателем. Речь идет о значительном количестве таких автомобилей, на которых обнаруживались проблемы с питающим напряжением, но предыдущие обращения к диагностам других авторемонтных предприятий положительного результата не давали. На основе этих многолетних наблюдений был сделан вывод о массовом недопонимании диагностами важности проверки качества тока, питающего компоненты высокого напряжения, как говорят электрики, «сильноточные узлы».
Хотя автор еще в названии статьи очертил круг электропотребителей (цепи питания системы зажигания), о которых пойдет речь, следует сказать, что такая проверка будет весьма полезна при диагностике любых сильноточных потребителей: электробензонасосов; электромагнитных клапанов управления давлением топлива, форсунок и даже ламп головного света. Как правило, во всех таких случаях питание к потребителю подается от бортовой сети автомобиля. Слаботочные элементы (в основном датчики системы управления двигателем и др.) запитываются, как правило, напряжением в 5 В, формируемым стабилизатором блока управления. Качество проводки питания и массы на некоторых датчиках тоже играет свою роль (например, ДМРВ типа HFM5), но проблема питания датчиков аппаратуры выражена не так ярко, как у сильноточных потребителей. Почему же так важно выполнять проверку качества цепей питающего напряжения и массы?
Начнем, пожалуй, с того, что при недостаточно качественном питании электропотребитель либо перестает качественно выполнять свои функции, либо (чаще всего) его работа становится нестабильной. Очень часто проблемное питание является причиной спорадических дефектов, проявляющихся лишь кратковременно, в движении, при стечении определенных условий. Как известно, поиск спорадических дефектов – одна из самых сложных задач в автомобильной диагностике, и очень часто причина таких дефектов заключается именно в отсутствии нормального питания и массы.
Второй важный аспект проблемы заключается в значительной стоимости некоторых компонентов современных двигателей. Цена ошибки при неверной диагностике может быть очень высокой. Например, прежде чем «приговорить» к замене дорогостоящий клапан управления давлением системы Common Rail, необходимо тщательным образом убедиться в качестве питающего напряжения и массы. В противном случае замена элемента может ничего не дать, а автосервис понесет серьезные финансовые и репутационные потери.
И третий момент, который хотелось бы озвучить. Вполне понятно, что на крупных дилерских автоцентрах подобную операцию сочли бы избыточной. Такие центры, как правило, имеют дело с достаточно свежими автомобилями, не склонными к появлению подобных дефектов. Но независимые сервисы согласно своему статусу вынуждены обслуживать весьма изношенные автомобили и, как правило, бюджетных марок.
Такие ТС, например, могут быть оборудованы нештатными противоугонными системами (либо другим электронным оборудованием), не всегда качественно подключенными к автомобильной электропроводке. Поэтому руководителям сервисов просто необходимо изменить стандартное отношение к диагностическим работам и включать проверку состояния цепей питающего напряжения в перечень обязательных работ, выполняемых при диагностике двигателя.
Отметим: практически ни в одном руководстве по ремонту автомобиля не описана в должном объеме процедура проверки питания электрических потребителей! На наш же взгляд, эта операция должна выполняться наравне со всеми остальными диагностическими процедурами и быть подробно описанной в технической литературе.
С помощью какого прибора должна выполняться эта проверка? Ответ однозначно прост: проверка качества цепи питающего напряжения и цепи массы должны выполняться только мотортестером! Ни мультиметр, ни контрольная лампа здесь не помогут. Диагносту важно увидеть и оценить именно форму осциллограммы происходящих процессов, а не просто получить значение питающего напряжения, которое во многих случаях не несет никакой информации.
Еще раз повторим: в дальнейшем будем говорить о диагностике системы зажигания, хотя все сказанное справедливо для любого другого потребителя электрической системы автомобиля. Построим эквивалентную схему первичной цепи системы зажигания с точки зрения ее потерь. Начнем с того, что каждый электрический провод, каждый разъем, каждая группа контактов реле и т. п. имеют активное (омическое) сопротивление. Питающая цепь и цепь массы представляют собой последовательное соединение различных элементов, поэтому их сопротивления получаются путем складывания. В итоге в каждой цепи возникает некое суммарное паразитное сопротивление, назовем его Rпарп для цепи питания и Rпарм для цепи массы. Обозначив их резисторами, построим эквивалентную схему первичной цепи системы зажигания, как показано на рис. 1.
Закон Ома для участка цепи говорит о том, что при протекании по цепи тока на ее концах возникает напряжение, прямо пропорциональное сопротивлению:
U = IR.
Поэтому на резисторе Rпарп появляется паразитное падение напряжения Uпарп, а на резисторе Rпарм – соответственно Uпарм. Обозначив напряжение на нагрузке как Uн, а напряжение на аккумуляторе – Uакк, можно записать понятную формулу:
Uн = Uакк – Uпарп – Uпарм.
Задача автодиагноста заключается в том, чтобы измерить и оценить паразитные падения напряжения в цепи питания и в цепи массы. Для этого мотортестер включают в режим измерения напряжения относительно минусовой клеммы аккумулятора и выполняют съем осциллограмм в указанных на рисунке точках. Это можно делать одновременно, задействовав два канала мотортестера, а можно и поочередно. Вместе с этим, по желанию диагноста, можно получить также и осциллограмму первичного либо вторичного напряжения.
Сделаем проверку цепи питания и массы по отдельности.
Проверка цепи питающего напряжения
Бортовое напряжение 12 В через несколько предохранителей, разъемов и контактных групп подается на верхний по схеме выход первичной обмотки; второй выход обмотки подключен к массе через транзисторный ключ. Щуп мотортестера подключается к контакту 12 В на разъеме катушки зажигания. Мотортестер используется в режиме измерения напряжения относительно минусовой клеммы аккумулятора с записью осциллограммы.
В идеальном случае в точке подключения осциллограмма напряжения будет иметь вид ровной горизонтальной линии. В реальности, конечно же, такой картинки наблюдаться не будет: в любой нагруженной цепи всегда присутствует паразитное сопротивление Rпарп, на котором возникает паразитное падение напряжения Uпарп. Это падение тем значительнее, чем выше ток, текущий через первичную цепь, и чем выше паразитное сопротивление самой питающей цепи.
Поэтому напряжение, измеренное мотортестером в указанной точке подключения, при протекании первичного тока всегда окажется ниже напряжения бортовой сети, как говорят диагносты: это – результат «просадки напряжения». На рисунке показана реальная осциллограмма питающего напряжения первичной цепи (рис. 2).
Почему осциллограмма питающего напряжения имеет спад в виде пилы? Это происходит из-за того, что ток в первичной обмотке катушки, вследствие наличия ЭДС самоиндукции, не растет скачкообразно, а нарастает плавно. Поэтому и падение напряжения на паразитном сопротивлении питающей цепи тоже увеличивается постепенно, и, соответственно, так же плавно снижается напряжение на первичной обмотке катушки.
Согласимся с тем, что подобный эффект является нормой – в любой исправной первичной цепи существует паразитное сопротивление, которое влияет на плавное снижение питающего напряжения на катушке в течение периода накопления энергии. Поэтому приведенная осциллограмма является совершенно нормальной.
Самый главный вопрос заключается в том, какую просадку напряжения за период накопления энергии считать нормой, а какую нет. Путем практических замеров на разных автомобилях с различными состояниями электрических систем было установлено, что просадка напряжения примерно на 1–1,5 В наблюдалась на всех исправных системах зажигания. Показания просадки напряжения выше названной цифры в превалирующем большинстве случаев отмечались на автомобилях, имеющих серьезные проблемы в электропитании компонентов сильноточных узлов.
Эти исследования позволили нам взять на себя смелость в определении стандарта исправности питающей цепи: мы считаем, что при исправной работе электрической системы напряжение питания на клемме катушки к концу накопления в ней энергии может просаживаться не более чем на 2 В. Если просадка больше – нужно искать и устранять причину: окисленные разъемы, износ контактной группы замка зажигания, нештатные реле блокировки в цепи питания катушек и т. п.
Значительная просадка напряжения, до 3…5 В и даже более говорит о катастрофическом состоянии питающей цепи и требует безотлагательного ремонта. Подобная ситуация зачастую сопровождается спорадическими подергиваниями автомобиля, внезапной остановкой двигателя, потерей мощности, неровной работой на холостом ходу и т. п. Диагностика вторичного напряжения мотортестером в таких случаях, как правило, показывает пропадание искры или искажение формы осциллограммы.
Помимо оценки просадки напряжения, нужно проанализировать и полученную осциллограмму на предмет отсутствия характерных искажений, говорящих о наличии некачественного электрического контакта. Такие искажения имеют вид кратковременных бросков напряжения вниз, иногда до нуля, либо характерных шумов. Они могут возникать лишь на некоторых режимах работы двигателя, например, при сильной вибрации.
Приведем несколько реальных примеров из практической диагностики на мультимарочном автосервисе.
Пример 1. Автомобиль ВАЗ 2110, двигатель 21114, объем 1,6 л, 8 клапанов. Система управления – «Январь 7». Дефект, со слов клиента, заключался в том, что двигатель мог в любой момент заглохнуть, однако после этого легко запускался вновь. Следует заметить, что этот дефект очень опасен, потому что остановка двигателя происходила не только на холостом ходу, но и в момент движения автомобиля.
На данном двигателе имеет место система зажигания типа DIS с двумя катушками, конструктивно расположенными в одном корпусе. Ключи управления катушками и цепи контроля тока находятся внутри ЭБУ двигателя. Разъем блока катушек имеет три вывода: на один из них подается питающее напряжение 12 В из бортовой сети при включении зажигания, еще два – это выводы первичных катушек, коммутируемые на массу транзисторами внутри ЭБУ. Подключив щупы мотортестера к этим трем выводам, можно контролировать питание катушек и первичное напряжение и тем самым определить, не в системе ли зажигания кроется дефект, приводящий к внезапной остановке мотора.
Выполнив все подключения и запустив съем осциллограммы, дожидаемся момента, когда двигатель заглохнет. Ищем этот момент на осциллограмме (рис. 3).
Проанализируем его.
1. Напряжение питания в момент, когда накопление энергии в катушке не происходит, составляет 13,3 В. Этот факт говорит о наличии проблем в бортовой сети, с высокой долей вероятности – с генератором и зарядкой аккумулятора не все в порядке и требуется дополнительная проверка.
2. Когда началось накопление энергии в катушке, напряжение питания на ней начало сильно падать. Причем форма осциллограммы в этом месте неровная, с заметными искажениями, что сразу говорит о наличии плохого контакта где-то в цепи питания. Но самое главное то, что к окончанию периода накопления напряжение упало до 8,8 В. Просадка напряжения составила 4,5 В. Это очень много: однозначно имеется дефект, требующий устранения.
3. В дальнейшем напряжение питания упало до 5,9 В, что и привело к остановке двигателя. Цепь питания катушек зажигания нарушилась полностью.
4. При последующих попытках накопления энергии, когда блок замыкал первичную цепь, питающее напряжение просто падало до нуля.
5. Анализ формы первичного напряжения проводить не будем. Отметим лишь, что даже при столь плохом качестве цепи питания искрообразование на свечах имелось, а после окончательного пропадания питания, конечно же, импульсы первичного напряжения пропали тоже.
Схема подключения катушек зажигания в системе «Январь 7» достаточно проста: питание поступает прямо с замка зажигания через несколько разъемов. Осталось проверить электропроводку от плюсовой клеммы аккумулятора до катушек. Возможно, проблема заключена в самой контактной группе замка зажигания. Однако поиски неисправности пошли по другому пути. При первом же взгляде в пространство под приборной панелью обнаружился нештатный тумблер, размыкающий цепь питания катушек. Он, видимо, являлся примитивным подобием противоугонной системы. После удаления тумблера проблема со спорадической остановкой двигателя была решена, а осциллограмма питающего напряжения приняла «здоровый» вид.
Пример 2. Автомобиль Chevrolet Lanos, двигатель 1,5 л, система зажигания типа DIS с модулем конструкции General Motors, который массово применялся также и на автомобилях ВАЗ в конце 1990-х – начале 2000-х годов. Проблема, как и в первом примере, заключалась в спорадической остановке двигателя. Следует заметить, что автомобиль посетил уже несколько автосервисов, на которых была выполнена замена бензонасоса, свечей зажигания, высоковольтных проводов, модуля зажигания и датчика положения коленчатого вала. Но все – безрезультатно.
Был подключен мотортестер, запущен съем осциллограммы питания и массы модуля зажигания, а также вторичного напряжения. Однако интерес представляет только осциллограмма напряжения питания (рис. 4).
Проанализируем полученную осциллограмму.
1. Бортовое напряжение, подаваемое на модуль зажигания, составляет 13,9 В. Учитывая это, можно с высокой долей вероятности предположить, что дефектов в генераторе нет, зарядка аккумулятора происходит успешно.
2. В момент окончания накопления энергии напряжение на модуле упало до 9,1 В. Просадка напряжения составила 4,8 В. Форма осциллограммы при этом очень искажена, видны скачки вверх-вниз, линия снижения напряжения негладкая. В принципе можно было бы не дожидаться остановки двигателя, а сразу искать проблему в цепи питающего напряжения модуля зажигания.
3. В какой-то момент питание просто исчезло: напряжение упало до уровня 7,8 В из-за наличия большого паразитного сопротивления в цепи.
4. В начале следующего периода накопления энергии в катушке напряжение упало до нуля. Двигатель при этом заглох.
Дефект очень похож на предыдущий. Разница лишь в том, что в первом случае причина крылась в непрофессиональном вмешательстве в электропроводку автомобиля, а во втором – в окислении контактов цепи питания модуля.
После ремонта электропроводки вновь был выполнен съем осциллограммы питающего напряжения (рис. 5).
Как видно, линия снижения напряжения теперь гладкая, а просадка напряжения составила 1,8 В, что укладывается в обозначенный ранее допуск.
Продолжение следует
