Две синхронные искры

ДВЕ СИНХРОННЫЕ ИСКРЫ

КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ

ДВЕ СИНХРОННЫЕ ИСКРЫ

На многих современных автомобилях, оснащенных системой впрыска топлива (а таких в мире - большинство), применяется система зажигания с низковольтным распределением энергии. Часто неисправности в ней связаны с катушками зажигания нетрадиционной конструкции. О них рассказывает Антон УТКИН.

Неискушенный в технике автолюбитель, возможно, считает систему зажигания без обычного распределителя недавним достижением электроники. Между тем еще в 1961 году на ирбитском мотоцикле М-62 с двухцилиндровым оппозитным двигателем впервые появилась двухискровая (тогда еще шестивольтовая) катушка Б-201 (фото 1). В отличие от известных ранее, у нее было два высоковольтных вывода - от первого и последнего витков вторичной обмотки, которую полностью изолировали от "массы" (рис. 1). Такое передовое решение стало возможным благодаря четырехтактному циклу двигателя и чередованию вспышек в цилиндрах через каждый полный оборот коленвала. Высоковольтная цепь проходила через "массу" и искровые промежутки обеих свечей, каждая из которых либо поджигала топливную смесь в конце такта сжатия, либо проскакивала вхолостую в конце такта выпуска.

Но о применении двухискровых катушек на четырехцилиндровых моторах тогда речи не шло - электронное распределение низкого напряжения по двум каналам в ту пору еще не появилось. Впрочем, идея обойтись без "бегунка" уже будоражила умы. На фото 2 - один из вариантов самодельного двухканального трамблера для "Москвича", рассчитанного на работу с двумя двухискровыми или четырьмя обычными, но шестивольтовыми "бобинами". Его два прерывателя, расположенные под углом 90°, и кулачок с двумя гранями вместо четырех обеспечивали одновременное искрообразование на свечах каждой пары цилиндров дважды за один оборот коленвала.

Серийное применение на отечественных автомобилях двухискровая схема нашла в 1986 году на модели VAZ 21083-02 с микропроцессорным зажиганием. Специально для нее НИИАвтоприборов (ныне "Автоэлектроника") совместно с московским заводом АТЭ-2 разработал сухую, запрессованную в полипропилен двухискровую катушку высокой энергии с индексом 29.3705. Система включала две такие катушки, каждая из которых обслуживала свою пару цилиндров, а энергия между ними распределялась статически - с помощью контроллера и двухканального коммутатора. В сочетании с карбюратором эта система не давала особых преимуществ перед обычным трамблером, уступая последнему в простоте, надежности и цене, поэтому в 1990 году производство VAZ 21083-02 прекратили. Но годом раньше начался серийный выпуск "Оки", для двухцилиндрового мотора которой как раз и подошла двухискровая катушка 29.3705 в комплекте с обычным коммутатором и датчиком Холла.

К тому времени все недостатки этой катушки и причины ее частых отказов уже были хорошо известны конструкторам. Поэтому в 1992 году на конвейере АТЭ-2 появилась новая катушка 3009.3705, сделанная по лицензии французской фирмы "Дюселье" (ныне "Валео"). Ее важнейшее отличие от предшественницы - замкнутый магнитопровод, позволивший резко сократить магнитный поток рассеяния, повысить КПД и более чем вдвое уменьшить число витков обмоток, а значит, существенно сократить расход обмоточной меди. Многослойный каркас и новый материал изоляции уменьшили вероятность внутренних пробоев, характерных для катушки 29.3705. Последний вариант двухискровой катушки от АТЭ-2 - модель 3012.3705, освоенная в 1994 году. При сохранении энергетических параметров и надежности 3009.3705 она заметно меньше и легче. Именно 3012.3705 устанавливают на "Оку", а также на автомобили ГАЗ с двигателем ЗМЗ-406 (по две штуки). Ее копию малыми сериями делает уфимское ОНПП "Молния" для модификации "Москвича-2141" с микропроцессорным зажиганием. От московской она отличается нестандартной маркировкой (8Г4768049), материалом корпуса и цветом (он коричневый, а не серый, как у АТЭ-2).

А наиболее интегрированный (многофункциональный) прибор системы зажигания - это четырехискровой высоковольтный модуль 42.3705, выпускаемый на заводе АТЭ-2 для "самар" с впрыском топлива. Он включает в себя две двухискровые катушки и силовую часть двухканального коммутатора, залитые в единый компактный блок. Такое решение представляется оправданным лишь при достаточной надежности каждого элемента изделия, иначе при отказе одного из них придется менять весь дорогостоящий модуль. Видимо, это одна из причин, по которой большинство фирм в мире пока предпочитают раздельные приборы системы зажигания.

Условия искрообразования в системах с двухвыводными катушками почти не отличаются от тех, где есть распределитель, несмотря на наличие второго искрового промежутка. Дело в том, что падение напряжения в цепи вторичной обмотки распределяется по свечам неравномерно. В том цилиндре, где искра пробивает сжатую топливно-воздушную смесь, напряжение пробоя достигает 10 кВ, а в том, где она является "паразитной", то есть срабатывает вхолостую в конце такта выпуска, вполне достаточно 1-2 кВ. То есть потери составляют около 15% - не больше, чем в обычной системе, где "паразитная" искра проскакивает между "бегунком" и контактом крышки трамблера.

Практически единственная причина выхода из строя двухискровых катушек - внутренний пробой. Его симптомы порой ставят в тупик даже сведущего в электротехнике автолюбителя. Вот вам вопрос: может ли быть так, что на одной свече, подключенной к выводу двухискровой катушки, искра есть, а на другой, подключенной к другому выводу этой же катушки, - нет? На первый взгляд, при исправных свечах и высоковольтных проводах такого быть не может. Ведь в цепи последовательно соединенных потребителей работает либо все, либо ничего. Но не спешите с выводами! Про подобные чудеса мы слыхали от владельцев "Оки", рассказывавших, как мотор упорно "троил" (то бишь "единил"), несмотря на многократную замену свечи, а помогала лишь замена катушки зажигания. И вот наконец-то такая пробитая "бобина" попала к нам в руки.

Катушку 8Г4768049 принес в редакцию читатель - владелец "Москвича" с микропроцессорным зажиганием. Двигатель "троил", а при проверке "на искру" любая свеча, подключенная к выводу одной из катушек для второго цилиндра, упорно не желала работать. Но при этом свеча третьего цилиндра, подключенная к ней последовательно, прекрасно искрила! Заменили катушку - мотор "запел всеми четырьмя".

Для проверки катушки мы собрали схему с блоком аварийного зажигания климовского завода, который представляет собой транзисторный вибратор, размыкающий цепь первичной обмотки катушки с частотой 150 раз в секунду (рис. 2). Подключенные к высоковольтным выводам свечи положили на медную пластину, соединенную проводом с "минусом" аккумулятора, то есть получили полную имитацию штатной схемы автомобиля. Включив питание, услышали треск непрерывного искрового разряда, но работала только одна свеча (фото 4). Поменяли свечи местами - так и есть, они тут ни при чем: не работает один из выводов катушки. Но должен же ток, выйдя с одного конца вторичной обмотки и пройдя через искровой промежуток одной свечи, как-то попасть на другой конец обмотки?! Путь ему остается только один - "масса" - "минусовый" провод - аккумуляторная батарея - замок зажигания - первичная обмотка катушки. То есть ему главное попасть поближе к виткам вторичной обмотки, а там, глядишь, где-нибудь да пробьется к цели. А раз так, попробуем отключить "минусовый" провод от медной пластинки. Как и следовало ожидать, обе свечи заработали синхронно (фото 5).

Отсюда вывод - в катушке пробита межобмоточная изоляция, то есть для высокого напряжения обе обмотки теперь не изолированы друг от друга (только для высокого напряжения). В обычных одноискровых катушках такого практически не бывает, поскольку там есть возможность разнести первичную обмотку и крайние витки вторичной, на которых напряжение максимально. А в компактных двухискровых, напротив - между любой частью вторичной обмотки и витками первичной, разделенных порой слоем пластмассы толщиной 3-5 мм, может возникать разность потенциалов в десятки киловольт. Особенно когда один из высоковольтных проводов отсоединен от свечи и его наконечник удален от "массы".

Правда, солидные производители обязательно проводят выборочные тесты катушек на пробой. Например, на АТЭ-2 их испытывают в течение 5 минут непрерывной коммутации первичной обмотки с определенной частотой при полностью отключенных высоковольтных проводах. И все же рисковать не стоит, поэтому, проверяя систему зажигания "на искру", примите все меры, чтобы при проворачивании коленвала наконечник высоковольтного провода не отошел от "массы" дальше 5-7 мм.

Стоит ли выбрасывать пробитую катушку или она еще может пригодиться? Ответ: может, но только на машине с распределителем. Высоковольтный провод с неработающего вывода подсоединяем к "массе", а с работающего - к центральному гнезду крышки трамблера. Теперь она будет работать "вечно".

В заключение - об одном неприятном свойстве систем с двухискровыми катушками, о котором конструкторы обычно умалчивают. Речь идет о взрыве глушителя, который нечасто, но все же случается на машинах, оборудованных такими системами. Происходит это после неудачных попыток пуска двигателя, когда водитель подолгу прокручивает его стартером, вместо того, чтобы открыть капот и разобраться, в чем дело. Если пуск затруднен из-за плохого контакта в каком-либо из штекерных разъемов, то мотор, вращаемый стартером, успеет накачать в систему выпуска изрядное количество топливно-воздушной смеси. От вибрации при работе стартера контакт может восстановиться и на свечах одной пары цилиндров возникнут искры. В системе с распределителем двигатель просто начинает работать и выхлопные газы быстро продуют глушитель, но здесь картина иная. В цилиндре, где проскакивает "паразитная" искра, выпускной клапан еще открыт, и фронт пламени, не имея препятствий на своем пути, распространяется по трубам выпускной системы со скоростью до 50 м/с. Мгновенное сгорание смеси в объемистом корпусе глушителя носит взрывной характер. В отличие от обычного "выстрела" в глушителе (например, при позднем зажигании или сбитых фазах), здесь последствия куда более серьезные - глушитель разлетается на куски. Кстати, сидящие в салоне испытывают в этот момент довольно острые ощущения - машина будто подпрыгивает, а звук такой, что на несколько минут закладывает уши...

Учитывая, что на многих автомобилях глушитель расположен в непосредственной близости от бензобака, есть основания опасаться более серьезных последствий. К счастью, о таких случаях мы пока не слышали (дай Бог, чтобы и впредь не услышали). Хочется верить, что двухискровые катушки в будущем станут надежнее и целесообразность их применения перестанут подвергать сомнению.

Фото 1. Бескорпусная двухискровая катушка Б-201.

Фото 2. Двухканальный контактный трамблер штучного изготовления.

Фото 3. Четырехискровой модуль 42.3705.

Рис. 1. Схема системы зажигания с прерывателем и двухискровой катушкой для двухцилиндрового двигателя: 1 - катушка

Б-201; 2 - замок зажигания; 3 - батарея; 4 - конденсатор; 5 - прерыватель; 6 - первичная обмотка; 7 - вторичная обмотка; 8 - свеча.

Рис. 2. Схема проверки двухискровой катушки:

1 - батарея; 2 - транзисторный вибратор;

3 - катушка зажигания;

4 - свеча; 5 - соединительная пластина; 6 - зажим "крокодил"; 7 - искра с вывода, удаленного от места пробоя; 8 - межобмоточный пробой.

Фото 4.

Типичный признак внутреннего пробоя - искрит только одна свеча.

Фото 5.