TEORETYCZNE PODSTAWY BAD ANI A ZAPŁONU

TEORETYCZNE PODSTAWY BAD ANI A ZAPŁONU

Właściwa praca silników gaźnikowych wymaga doskonale [działającego zapłonu. Jeśli pominąć samozapłon, to szybkie utlenianie zachodzące w cylindrze silnika jest w każdym przypadku inicjowane cieplnym lub jonizującym oddziaływaniem łuku elektrycznego, po­wstającego między elektrodami świecy zapłonowej. Energia łuku określa podstawowe parametry spalania, np. okres opóźnienia za­płonu i prędkość spalania. Związek pomiędzy procesem spalania |i energią zapłonową potwierdza między innymi fakt, iź przy częścio­wym uszkodzeniu układu zapłonowego, z uwagi na mniejszą energię łuku, maleje moc silnika, a zjawiskiem towarzyszącym jest wzrost Izużycia paliwa.

W celu uniknięcia tych nieprzyjemnych oddziaływań urzą­dzenia zapłonowe silników są projektowane w taki sposób, aby we wszystkich występujących w praktyce stanach roboczych stwarzały pwarunki doskonałego spalania. Energia zapłonu, niezbędna do za­inicjowania optymalnego procesu spalania, może być uzyskana jedy­nie za pomocą urządzenia zapłonowego mającego części bez usterek, ibezbłędnie wyregulowanego z punktu widzenia cech motorycznych. W pozornie prostym obwodzie prądowym zapłonu wiele różnych uste­rek może obniżyć moc łuku, a ich wykrycie jest możliwe nieraz je­dynie za pomocą odpowiednich przyrządów.

Zapłon akumulatorowy składa się z dwóch obwodów prądo­wych połączonych ze sobą częściowo galwanicznie, częściowo induk­cyjnie (rys. 41). Ponieważ przy badaniu urządzenia zapłonowego inte­resują nas właściwości elektryczne, części konstrukcyjnych dobrze znanych w praktyce, stąd celowe jest również pokazanie schematu ideowego połączeń obwodów prądowych. W tym aspekcie przedsta­wiono obwód pierwotny {rys. 42) z siłą elektromotoryczną akumula­tora U₀, jego opornością wewnętrzną R&, z opornością przewodów R_v, wyłącznika zapłonu R^., przerywacza R_se, części metalowych uczestni-

cz 3

Rys. 41. Schemat zapłonu akumulatorowego

czących w przewodzeniu prądu R_t> z indukcyjnością ipierwotną L_p i opornością R_p transformatora zapłonowego, jak również z konden­satorem C połączonym równolegle z przerywaczem.

Przedstawiony schemat zawiera parametry elektryczne wy­szczególnionych części, ważne wyłącznie z punktu widzenia ich dzia­łania, a więc oporność, dndukcyjność, wydajność itp.

Rys. 42. Schemat połączeń obwodu pierwotnego zapłonu akumulatorowego

Przy ocenie procesów elektrycznych obwodu pierwotnego możemy rozróżnić dwa stany. Stan pierwszy ma miejsce wówczas, gdy styki przerywacza zwierają się i obwód pierwotny staje się za­mknięty. W następstwie zwarcia styków w obwodzie pierwotnym po­wstaje prąd, którego chwilowa wartość uzależniona jest od napięcia na zaciskach akumulatora, od oporności obwodu i od indukcyjności uzwojenia pierwotnego.

Kondensator połączony równolegle ze zwartymi stykami nie wywiera wpływu na kształtowanie się prądu. Mimo że akumulator ma napięcie stałe, ze względu na indukcyjność cewki zapłonowej, na skutek oddziaływań samoindukcyjnych powstających po zamknięciu

obodu pierwotnego, prąd pierwotny należy badać jako zjawisko zmienne w czasie.

Energia iskry wytworzonej przez cewką zapłonową zależy od zmiany strumienia magnetycznego następującej po rozwarciu styków-. a więc od 'prędkości zanikania pola magnetycznego. Ponieważ jest ona zdefiniowana w pierwszym rzędzie prądem pierwotnym przed rozwarciem styków, stąd energia zapłonu może być w istotnym stop-niu zmieniona przez czas zwarcia styków przerywacza i przez opor­ność wypadkową obwodu 'pierwotnego. Jeśli z powodu jakiejkolwiek usterki omawiane parametry obwodu ulegają zmianie, to prąd pier-wotny płynący w chwili rozwarcia .styków maleje i równocześnie ma-leje energia iskry zapłonu. Oporność wypadkowa obwodu pierwot-nego zależy od oporności składowych elementów połączonych szere­gowo, zaś czas zwarcia zależy od tzw. kąta zwarcia.

Biorąc pod uwagę wszystkie części należące do obwodu pier-wotnego, obniżenie energii iskry może wystąpić wówczas, gdy:

maleje siła elektromotoryczna akumulatora,

wzrasta wewnętrzna oporność akumulatora,

wzrasta oporność przewodów i punktów połączeń, - zmienia się oporność wyłącznika zapłonu,

- wzrasta oporność uzwojenia pierwotnego,

z powodu wypalenia zmienia się oporność zwartych styków prze-
rywacaa,

- zmienia się kąt zwarcia przerywacza,

- zmienia się indukcyjność uzwojenia pierwotnego (rop. z powodu za­stosowania niewłaściwej cewki zapłonowej lub wystąpienia zwarć międzyzwojo wy eh), - wzrasta oporność uziemienia.

Jak widać z powyższego wykazu ilość możliwych usterek związanych tylko z obwodem pierwotnym jest znaczna.

Oddziaływania elektryczne związane z obwodem wtórnym powstają w chwili rozwierania styków. Przy oddalaniu się styków przerywacza strumień magnetyczny maleje odpowiednio do zmiany prądu pierwotnego wywołując w uzwojeniu pierwotnym działanie sa-moindukcyjne, w uzwojeniu zaś wtórnym działanie indukcyjne. Oba te zjawiska łącznie wytwarzają duże napięcie na zaciskach uzwoje­nia wtórnego. Wielkość napięcia wtórnego zależy od zmiany strumie­nia magnetycznego, a pośrednio od prędkości malenia prądu pier­wotnego.

Zmniejszanie się prądu pierwotnego może być ograniczane łukiem powstającym między stykami. Między stopniowo oddalającymi się stykami przerywacza początkowa odporność na przebicie elek­tryczne małej przerwy powietrznej jest tak nieznaczna, że napięcie samoindukcyjne 'pojawiające się na stykach przerywacza może ją z jo­nizować i uczynić przewodzącą. Ze względu na przewodnictwo jono­we zmniejszanie się prądu pierwotnego następuje powoli i mniejsza

5 — Diagnostyka samochodu

od przeciętnej prędkość strumienia magnetycznego obniża energię iskry zapłonowej. Intensywność malenia prądu pierwotnego można poprawić kondensatorem połączonym równolegle ze stykami przery­wacza, który pod działaniem różnicy napięcia powstającej na stykach pobiera duży prąd. Zadanie kondensatora polega więc na tym, że wiąże w postaci ładunku energię nagromadzoną w obwodzie pierwot­nym jeszcze na początku rozwierania się styków.

W obwodzie pierwotnym elektrostatyczne przechowywanie energii nie może jednak oznaczać stanu spoczynku. Skocro tylko ener­gia ładunku kondensatora osiągnie maksimum, w uzwojeniu pierwot­nym pojawi się prąd wygasający o kierunku przeciwnym (rys. 43),

który wywołuje nowy strumień magnetyczny, mniejszy od poprzed­niego. Zanik utworzonego w taki sposób pola magnetycznego powo­duje w następstwie powstanie napięcia samoindukcyjnego przeciwne­go do poprzedniego, względnie przeciwnego ładunku elektrycznego w kondensatorze. Proces ten trwa stale w przeciwnych kierunkach tak długo, aż energia początkowa zamieni się w ciepło (drganie tłumione).

Obwód pierwotny z rozwartymi stykami przerywacza, na skutek interwencji kondensatora, jest właściwie obwodem drgającym i na skutek oddziaływania energii samoindukcyjnej towarzyszącej przerywaniu wywołuje drgania elektryczne zanikające o określonej częstotliwości. Częstotliwość własna obwodu pierwotnego przy okreś­lonej pojemności kondensatora jest charakterystyczna dla indukcyj-ności cewki zapłonowej, natomiast tłumienie dla współczynnika strat obwodu pierwotnego.

Wysokie napięcie powstające w uzwojeniu wtórnym wytwa­rza prąd w obwodzie wtórnym. Charakterystyki elektryczne części obwodu wtórnego (rys. 44) mogą być wyrażone przez indukcyjność uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej L_sz, jego oporność Rg, opor-

Iności przeciwzakłóceniowe R_e, oporność przerwy iskrowej rozdziela­cza zapłonu R_s] oraz oporność przerwy iskrowej świecy zapłono­wej R_s2. W przypadku określonego napięcia wtórnego prąd wtórny • falezy od całkowitej oporności przedstawionego wyżej obwodu prą­dowego. Obwód ten obok kilku oporności o stałej wartości zawiera

Rys. 44. Schemat połączeń obwodu wtórnego zapłonu akumulatorowego

również składniki mające zmienne charakterystyki. Przerwa iskrowa rozdzielacza zapłonu, a zwłaszcza warstwa gazowa, między elektro­dami świecy zapłonowej zależy od składu mieszanki i ma oporność odpowiadającą stanowi roboczemu. Ciśnienie wytwarzane w cylindrze, koncentracja paliwa w mieszance itd. wywierają równoczesny wpływ na oporność przebicia ośrodka znajdującego się między elektrodami świecy zapłonowej (rys. 45), a tym samym na napięcie niezbędne do wytworzenia iskry. Jednak po przebiciu ośrodka gazowego między elektrodami 1 zachodzi jonizacja i następuje gwałtowny spadek opor-ności. Oporność poprzedzająca jonizację powraca dopiero po zakoń-

Rys. 45. Zmiana oporności elektrycznej ośrodka między elektrodami świecy zapłonowej wzdłuż łuku

czeniu wypalania się łuku 2 — a więc po wykorzystaniu ener­gii wtórnej.

Napięcie wtórne cewki zapłonowej znajdującej się w dobrym stanie jest w każdym 'przypadku większe od napięcia niezbędnego do przebicia ośrodka znajdującego się w przerwie iskrowej. W chwili więc rozwarcia styków przerywacza zawsze zachodzi wyładowanie łuku i związane z tym ciepło oraz oddziaływanie jonizacji inicjuje proces spalania. Utrzymywanie się prądu wtórnego jest możliwe je­dynie tak długo, dopóki energia wtórna wystarcza do utrzymania łu­ku elektrycznego. Wyładowanie elektryczne po krótkim okresie czasu urywa się, a wraz z zanikaniem prądu wtórnego pojawia się nowe oddziaływanie samoindukcyjne zarówno w obwodzie wtórnym, jak i w obwodzie pierwotnym. Oddziaływanie samoindukcyjne prądu wtórnego wywołuje w obwodzie pierwotnym drgania podobne do przerywania prądu pierwotnego.

Dla podsumowania przedstawionych wywodów celowe jest dokonanie zestawienia tych ważniejszych usterek, które związane są z elementami obwodu wtórnego i które mogą zmienić energię iskry urządzenia zapłonowego.

Jeśli założymy, że obwód pierwotny funkcjonuje w sposób nienaganny, to obniżenie energii zapłonu wewnątrz obwodu wtórne­go następuje wówczas, gdy:

wzrasta oporność uzwojenia /wtórnego,

wzrasta oporność przewodu świecy zapłonowej,

oporniki przeciwzakłóceniowe są przerywane lub większe od do­puszczalnych,

—i przerwa iskrowa rozdzielacza zapłonu jest większa od dopuszczal­nej,

odległość między elektrodami świecy zapłonowej lub ewentualnie
izolacja świecy jest niewłaściwa.

Na podstawie charakterystyk elektrycznych obwodu pierwot­nego i wtórnego można stwierdzić, że ilość możliwych usterek urzą­dzenia zapłonowego jest niezwykle duża z uwagi na znaczną liczbę znajdujących się tu części. Metodami tradycyjnymi — opartymi wy­łącznie na obserwacji — usterki te są trudne lub wręcz niemożliwe do wykrycia. Fachowcy często nie doceniają tych trudności powo­łując się na to, że całkowite uszkodzenie powodujące wyłączenie za­płonu może być wykryte w sposób niezmiernie prosty. Natomiast wykrywanie częściowych uszkodzeń nie może być uważane za sprawę prostą i bez oprzyrządowania i w możliwym do przyjęcia czasie tech­nologicznym praca taka jest praktycznie nie do zrealizowania.

Nowoczesne badanie zapłonu wymaga wykonania pomiarów w zakresie obejmującym wszystkie zagadnienia częściowe, w oparciu o ocenę zjawisk elektrycznych związanych z usterkami zapłonu. Dla przykładu można stwierdzić, że ewentualny wzrost oporności może

być wykazany większym napięciem powstającym w danym miejscu, zwarcie międzyzwojowo zmianą częstotliwości własnej i parametrów tłumienia, niewłaściwa odległość między elektrodami świecy zapło-nowej zmianą napięcia wtórnego. Do każdego rodzaju usterki może być ustalona taka zasada pomiaru, która stwarza możliwość bczbłod-nego określenia usterki oraz oceny jej rozmiarów.

W. ramach nowoczesnego i pełnozakresowego badania zapło-nu należy wykonać następujące czynności kontrolne: a— ustawienie (kąta zwarcia,

b—  kontrola oporności przejścia na stykach przerywacza,

c—  kontrola pojemności i izolacji kondensatora,

d—  ustawienie kąta wyprzedzenia wstępnego zapłonu,

e— kontrola charakterystyki regulacyjnej regulatora odśrodkowego

i podciśnieniowego, f— ocena rozbieżności pomiędzy energiami zapłonu poszczególnych

cylindrów,

g—  określenie napięcia szczytowego (zapłonu) wtórnego,

h—  kontrola napięcia szczytowego wtórnego bez obciążenia,

i— kontrola poziomu zakłóceń,
k — badanie izolacji,

l—   badanie oporności oporników przeciwzakłóceniowych.

Wymienione czynności kontrolne omówimy szczegółowo, rów­nolegle z opisem przyrządów pomiarowych, instalacji i urządzeń, któ­re mogą być stosowane do celów badawczych. W dalszej części doko­namy oceny możliwości nowoczesnego badania zapłonu w rozbiciu na czynności oraz omówimy niezbędne w tym celu wyposażenie.

2.1. ZWIĄZEK MIĘDZY CHARAKTERYSTYKAMI ZAPŁONU I SILNIKA

Ci, którzy zajmują się eksploatacją i naprawą silników gaź-nikowych dobrze znają wpływ nieodpowiednio wyregulowanego — podającego ubogą mieszankę — gaźnika na silnik i towarzyszące te­mu zjawiska. Mniejsza od wymaganej koncentracja paliwa przede wszystkim obniża moc silnika, zwiększa zużycie paliwa, a przy przy­spieszaniu i hamowaniu silnikiem powoduje pracę silnika z wypada­niem suwów. Zjawiska te są szczególnie znaczące podczas pracy sil­nika zimnego. Częściowe niedomaganie zapłonu, obniżające energię elektryczną iskry, wywołuje identyczne oddziaływanie.

W następnych rozdziałach stwierdza się, iż energia iskry za­płonu akumulatorowego zależy zawsze od obrotów, przy czym w kie­runku obrotów rosnących energia iskry będzie coraz mniejsza z uwa­gi na malenie średniego prądu pierwotnego. Ponieważ charaktery-

styki elektryczne urządzenia zapłonowego dobierane są zawsze z od­powiednim zapasem pewności, stąd w normalnych warunkach opisa­ny wcześniej charakter zapłonu akumulatorowego nie zmienia pracy silnika nawet przy największych obrotach dopuszczalnych.

Natomiast sytuacja zmienia się w sposób istotny wówczas, gdy jakaś część urządzenia zapłonowego ulegnie częściowemu uszko­dzeniu lub gdy na skutek jakiejś nie dość ostrożnej interwencji zmie­nia się w znacznym stopniu regulacja. Zrezygnujemy z wyszczegól­niania wszystkich możliwych usterek ze względu na olbrzymią ilość ich odmian.

Spośród wielu usterek wybierzemy jedną, np. częściowe uszkodzenie izolacji świecy zapłonowej. Jeśli w konsekwencji obcią­żeń towarzyszących ciągłej eksploatacji izolacja świecy zapłonowej utraci częściowo swoje właściwości izolacyjne z powodu zanieczysz­czeń powierzchniowych, to powstające w ten sposób przebicie obciąża obwód prądowy zapłonu i bocznikuje elektrody świecy zapłonowej. Znika wówczas zapas energii wtórnej urządzenia zapłonowego i z uwagi na charakterystyki układu, głównie przy dużych obrotach,

Rys. 46. Wpływ częściowego uszkodzenia zapłonu na moc i jednostkowe zużycie paliwa

energia iskry spada do wartości niższej od wymaganej. Zmienia to oczywiście w sposób istotny zarówno moc jak i zużycie jednostkowe paliwa (rys. 46), Doświadczony kierowca zauważy te objawy, jednak ustalenie konkretnej usterki napotyka już trudności z uwagi na brak odpowiednich przyrządów pomiarowych.

Z punktu widzenia wielkości mocy, niezbędnej do właściwej pracy silnika, należy wziąć pod uwagę, że do zapłonu mieszanek pa-

iwowo-powietrznych o różnym składzie potrzebne są różne energie Iskry. Jeśli jednak zakres energii iskry podniesiemy powyżej mini­malnej wartości niezbędnej do zapłonu, wówczas do pewnej granicy proces spalania może być poprawiony. Te górną granicę nazywamy optymalną energią zapłonu.

Jeśli energia iskry silnika gaźnikowego maleje do wartości mniejszej od optymalnej, wówczas silnik nie przerywa swojej pracy, jednak w okresie czasu następującym po rozpoczęciu wyładowania łukowego ulega zmianie chemiczne przygotowanie egzotermicznego utleniania. Konsekwencją tego jest częściowo wzrost opóźnienia zapło­nu, częściowo zaś następujące po tym obniżenie prędkości spalania we właściwym procesie spalania. Ponieważ tego rodzaju oddziaływa­nie występuje w pierwszym rzędzie w okresie pracy nie ustalonej (przyspieszanie), w którym występują zaburzenia w wytwarzaniu mie­szanki oraz w zakresie dużych obrotów, przy których energia iskry i tak już jest niższa, stąd przyczyny zjawisk wymienionych na wstę­pie mogą być uznane za wyjaśnione.

Może się zdarzyć, że omawiane oddziaływanie nie jest cał­kiem jednoznaczne. W przypadku gaźników o mniej korzystnych właściwościach zdarza się często, że skład mieszanki, na przestrzeni całego zakresu pracy silnika, w wielu przedziałach odbiega od wy­magań. Szczególnie jaskrawo występuje to w sytuacji, gdy dążąc do obniżenia zużycia paliwa doprowadza się do zubożenia mieszanki. Jakkolwiek zabrzmi to dziwnie, w takim przypadku energia zapłonu maleje w sposób nieregularny i w pewnym stopniu potęguje szkodli­we oddziaływania spowodowane złym wytwarzaniem mieszanki.

Nieprzyjemną właściwością przedstawionych problemów do­tyczących zapłonu jest -to, że przez wzbogacenie mieszanki można te objawy zlikwidować częściowo lub całkowicie. Zjawisko to tłumaczy się tym, że w paliwie do pewnej granicy minimalne i optymalne za­potrzebowanie energii zapłonu dla mieszanek bogatszych wykazuje tendencję malejącą. Naturalnie tego rodzaju postępowanie może je­dynie złagodzić występujące objawy hez poprawy charakterystyk sil­nika, tym niemniej zjawisko to wystarcza, aby w większości przypad­ków pomieszać usterki wytwarzania mieszanki z usterkami zapłonu.

W celu niezawodnego i optymalnego użytkowania silników należy bronić się przed opisanymi oddziaływaniami, a jedyną ku te­mu możliwość stwarza ocena przyrządowa zapłonu. Mimo tego, że całkowite wypadnięcie zapłonu jest, z uwagi na utratę zdolności do pracy silnika, na pozór bardziej nieprzyjemne niż częściowe obniże­nie energii zapłonu, to jednak te ostatnie oddziaływania są bardziej niekorzystne. Całkowite wypadnięcie zapłonu nigdy „nie może ujść' naszej uwadze, a przyczyna usterki jest zawsze możliwa do szybkiego wykrycia. Uszkodzenie częściowe — abstrahując od kontroli przyrzą­dowej — jest niezauważalne, co w trakcie dalszej eksploatacji może prowadzić do rozwijania szkodliwych oddziaływań.

2.2. USTAWIENIE I POMIAR KĄTA ZWARCIA

Cewka zapłonowa składająca się z uzwojenia pierwotnego i wtórnego, na skutek oddziaływania zjawiska indukcji powstającej przy przerywaniu prądu pierwotnego, wytwarza impuls napięciowy o wielkości 8—10 kV niezbędny dla iskry zapłonowej. W cewce zapło­nowej dysponującej indukcyjnością i opornością omową, w okresie zjawisk magnetycznych wywołanych zwarciem styków powstaje na­pięcie indukcyjne ograniczające powstający prąd (rys. 47). Napię­cie U₀ dochodzące do końcówek cewki zapłonowej równoważy się

Rys. 47. Zmiana prądu pierwotnego po zwarciu styków przerywacza

z dwoma czynnikami, a mianowicie z chwilowym spadkiem napięcia powstającym na oporze uzwojenia R • I oraz z napięciem samoinduk-cji 1'dI/dt. To ostatnie osiąga największą wartość w chwili włącze­nia tj, a następnie maleje w funkcji czasu. Równowaga napięć zwią­zana ze zjawiskiem włączania może być przedstawiona za pomocą następującego równania:

Wielkość prądu cewki zapłonowej, zmiennego w funkcji czasu, uzys­kuje się z rozwiązania powyższego równania różniczkowego:

Jak widać wartość maksymalna prądu pierwotnego, która może być wyliczona z napięcia akumulatora na zaciskach i oporności wypad­kowej obwodu I — UjR, uzyskiwana jest dopiero po upływie pew­nego czasu, a mianowicie wówczas, gdy człon potęgowy wyrażenia w nawiasie zmaleje w przypadku granicznym do wartości, która mo­że być pominięta. Czas ten można podać za pomocą tzw. stałej cza-

sowcj charakterystycznej dla uzwojenia T = L'R, która, jak widać, zależy od indukcyjności i oporności uzwojenia. Stała czasowa może być również uzyskana wykreślnie za pomocą stycznej w punkcie wyj­ścia funkcji wykładniczej prądu, związanej z włączeniem. Styczną tą prowadzimy do przecięcia się z prostą poziomą oznaczającą prąd maksymalny i uzyskany punkt przecięcia podaje na osi czasowej stałą czasową. Czas niezbędny do uzyskania prądu maksymalnego jest rów-ny w przybliżeniu t == 4,5 T.

Z poprzednich wywodów wiadomo już, że indukcja, a tym samym energia iskry, zależy od prędkości zmiany strumienia magne­tycznego powstałego w cewce zapłonowej lub od zmiany wielkości pradu uzwojenia pierwotnego. Dostatecznie szybką zmianę wielkości prądu można uzyskać przez przerywanie obwodu pierwotnego. Zada-nie to spełnia krzywka przerywacza mająca obroty wałka rozrządu oraz napędzany przez nią układ przerywacza. Ponieważ prąd pier­wotny płynący w chwili przerwania jest bezpośrednio związany z cza-sem zwarcia styków przerywacza, stąd z punktu widzenia energii za­płonu czas zwarcia lub związany z nim kąt obrotu krzywki jest nie­zmiernie ważny.

Biorąc pod uwagę przedstawioną na rysunku zmianę prądu pierwotnego, gdybyśmy chcieli uzyskać maksymalną energię iskry, musielibyśmy stopniowo wzrastający prąd pierwotny przerwać w zaznaczonym tu momencie t₂. Uzyskanie największego prądu pierwot­nego względnie energii zapłonu wymaga w odniesieniu do obwodu pierwotnego określonego czasu zwarcia (tg—tj), co należałoby zreali-zować odpowiednim ustawieniem układu przerywacza.

W przypadku danych obrotów krzywki przerywacza czas ten może być scharakteryzowany kątem obrotu krzywki odpowiadającym pozycji zamknięcia młoteczka, tak zwanym kątem zwarcia.

Kąt zwarcia stanowi właściwie wielkość geometryczną usta­laną przy określaniu wymiarów lub przy ustawianiu krzywki i części konstrukcyjnych przerywacza. Kąt zwarcia jest więc parametrem nie­zależnym od obrotów. Badając proces przerywania staje się oczywi­stym fakt, iż czas zwarcia At = t^—t_x niezbędny dla maksymalnej energii iskry może być uzyskany wyłącznie przy jednych obrotach.

Jak już stwierdziliśmy warunkiem wstępnym dobrego proce-su spalania jest odpowiednia energia iskry, do czego bezwzględnie warto dążyć przy kształtowaniu i ustawianiu urządzenia zapłonowe­go. Jednak możliwości ku temu są przeciwstawne, ponieważ dany kąt zwarcia, w szerokim zakresie obrotów silnika, nie pozwala na zasto­sowanie optymalnego czasu zwarcia. Stąd czas 'zwarcia dający mak­symalną energię iskry należy związać z taką wielkością obrotów, w przypadku której, biorąc pod uwagę cały zakres obrotów, popełnia-my najmniejszy błąd.

Kąt zwarcia, który może być traktowany jako geometryczny, powinien być dobierany z uwzględnieniem czynników zarówo moto-

Tycznych jak i elektrycznych. Jeśli chodzi o czynniki motoryczne, to stosując długotrwałe pomiary ustala się wielkości energii iskry wy­magane przez dany typ przy różnych obciążeniach w funkcji obro­tów. W ten właśnie sposób należy dobierać charakterystyki urządze­nia zapłonowego.

Patrząc na zagadnienie od strony urządzenia zapłonowego wydaje się na pozór, że im większy zastosujemy kąt zwarcia, tym ko­rzystniejszy uzyskamy rezultat. Jednak przy stosowaniu dużego kąta zwarcia należy wziąć pod uwagę, że zakres obrotów przeciętnego sil­nika — od obrotów biegu jałowego do dopuszczalnych — ma wartości skrajne wynoszące ok. 500—5000 obr/min, czyli że dysponuje możli­wością zmiany obrotów średnio dziesięciokrotnie.

Gdybyśmy przez zwiększenie kąta zwarcia przy największych obrotach spróbowali zrealizować czas zwarcia t_z niezbędny do uzys­kania maksymalnego prądu pierwotnego (co zresztą ze względów geometrycznych jest zwykle niemożliwe), to uzyskalibyśmy maksy­malną energię iskry (rys. 48a), jednak w przypadku dziesięciokrotnie

Rys. 48. Zmiana prądu pierwotnego w przypadku zbyt wielkiego kąta zwarcia

mniejszych obrotów biegu jałowego transformator uległby zniszcze­niu na skutek przegrzania.

Na rysunku 48b widać, że w tym przypadku maksymalny prąd l_aax powstaje w okresie 1/10 całego czasu zwarcia, a w pozosta­łym okresie czasu wyłącznie ogrzewa uzwojenie nie zmieniając już energii iskry. Oczywiście zmniejszenie czasu zwarcia poza każdą gra­nicą również nie może przynieść efektu.

Zakłady produkcyjne ustalają zalecany przez siebie kąt zwar­cia zawsze w oparciu o wyniki długotrwałych prób, biorąc pod uwa­gę wymaganą przez silnik energię zapłonu, stałą czasową zastosowa-

nego uzwojenia zapłonowego, zakres obrotów silnika itd. Nieuzasad­niona zmiana tak opracowanej wartości prowadzi zawsze do nieprzy­jemnych następstw.

Bez przyrządu ikąt zwarcia reguluje się drogą pośrednią przez ustawianie rozwarcia styków przerywacza na wymaganą wielkość. Zbadajmy w jakim stopniu, stosując tradycyjne ustawianie rozwar­cia styków, można uzyskać 'kąt zwarcia niezbędny dla maksymalnej energii iskry.

W przypadku określonego rozwarcia styków H w przerywa­czu (rys. 49) obwód pierwotny zamyka się wówczas, gdy część prze-

rywacza pracująca jako dźwignia jednoramienna, stykająca się z

krzywką, przemieszcza się o wielkość X = A/B H. Położenia krzywki

B

odpowiadające zwarciu mogą być przedstawione za pomocą punktów przecięcia jej obrysu z okręgiem narysowanym w odległości x pod powierzchnią kołową głowy krzywki. Jednak w przypadku skonstruo­wanych w taki sposób kątów zwarcia <t_z i rozwarcia a_m można przy­jąć, że młoteczek przerywacza styka się z powierzchnią krzywki na bardzo cienkiej krawędzi. Ponieważ płaszczyzna podnosząca przery­wacza dysponuje — w kierunku obrotu krzywki — określoną szero­kością, to kąt rozwarcia dany jest przez sumę poprzedniej wartości i kąta środkowego p związanego z płaszczyzną podnoszącą. Na ry­sunku zaznaczono ten rzeczywisty kąt rozwarcia.

Z rysunku można stwierdzić, że na kąt rozwarcia wywiera wpływ zarówno kształt profilu krzywki, wielkość szczeliny przery­wacza, jak i szerokość powierzchni podnoszącej. Ponieważ suma ką­tów rozwarcia i zwarcia nie może być większa od kąta wycinka cy­lindrowego, odniesionego do rozrządu wynoszącego:

stąd poprzednie stwierdzenie jest również miarodajne dla kąta zwarcia.

Biorąc pod uwagę przedstawione oddziaływania, ustawienie rozwarcia styków przerywacza odpowiadające przepisom fabrycznym może tylko w tym przypadku zrealizować kąt zwarcia niezbędny do uzyskania maksymalnej energii iskry, jeśli:

-— profil ikrzywki całkowicie odpowiada stanowi pierwotnemu, a więc nie jest zużyty,

styki przerywacza nie są wypalone, a więc są dokładnie gładkie, i równoległe,

pasowanie łożyskowe wałka przerywacza i płyty nośnej przerywa­cza jest nienaganne,

wielkość (szerokość) płaszczyzny podnoszącej dokładnie odpowiada przepisom fabrycznym,

wymiary młoteczka przerywacza są właściwe.

Przy eksploatacji pojazdu zużycie wspomnianych części jest nieuniknione. Krzywka w^t trakcie pracy zużywa się nierównomiernie, a pomad to zużycie o dowolnym kierunku i wielkości powstaje rów­nież w panewkach łożyska wałka. Niezależnie od tego zużywa się płaszczyzna podnosząca, wypalają się styki, w przypadku wymiany przerywacza może ulec zmianie szerokość płaszczyzny podnoszącej, a nieodpowiedni montaż młoteczka może nawet spowodować zmianę jego wymiarów. Obserwacja tych zmian w trakcie czynności regula­cyjnych związanych z obsługą i naprawą napotyka trudności, to­też wymiana części na skutek zużycia dokonywana jest dopiero wów­czas, gdy zużycie jest już widoczne gołym okiem. Zmiana przekracza już wówczas wielokrotnie dopuszczalną wartość graniczną. Błąd kąta zwarcia towarzyszący pomiarowi i ustawianiu rozwarcia styków prze­rywacza jest dobrze zobrazowany przez oddziaływania spowodowane zużytymi krzywkami (rys. 50). W przypadku zużytej krzywki usta­wienie rozwarcia styków H według przepisów znacznie obniża war­tość kąta zwarcia a_ż w porównaniu ze stanem pierwotnym, ponieważ

ze względu na odkształcenie krzywki wzrasta kąt rozwarcia a_w. Na rysunku widoczny jest również pierwotny profil krzywki, a ponadto za pomocą odległości x związanej z rozwarciem styków H znaleźliś­my również kąt zwarcia a~, niezbędny do doskonałego funkcjonowa­nia urządzenia zapłonowego. Z oceny przedstawionych danych można stwierdzić, że przy zużytych krzywkach można uzyskać pierwotny czas zwarcia jedynie wówczas, gdy rozwarcie styków przerywacza obniżymy do wartości Hj. Obniżenie rozwarcia styków przerywacza jest naturalnie możliwe tylko do pewnej granicy z uwagi na konsek­wencje wyładowania łukowego towarzyszącego przerywaniu.

Kąt zwarcia cmoże się zmieniać również w przeciwnym kie­runku, jeśli np. płaszczyzna podnosząca przerywacza jest zbyt wąska. Ze względu na działanie urządzenia zapłonowego jakiekolwiek od­chyłki wartości kąta zwarcia w jednym lub w drugim kierunku są jednakowo szkodliwe. Jak już wspomnieliśmy mały kąt zwarcia — zwłaszcza przy dużych obrotach — prowadzi do spadku energii iskry, natomiast zbyt duży kąt zwarcia z uwagi na trwały prąd pierwotny wytwarza przy niskich obrotach szkodliwe ciepło Joule'a i może do­prowadzić do niebezpiecznego podgrzania cewki zapłonowej.

W związku z powyższym w przypadku nowoczesnych metod ustawiania zapłonu dąży się nie do regulacji rozwarcia przerywacza, lecz do uzyskania właściwego kąta zwarcia. Obsługa urządzenia do kontroli kąta zwarcia stosowanego przy realizacji zadań związanych z regulacją zapłonu jest niezwykle prosta i w efekcie uzyskuje się nie tylko skrócenie czasu operacji niezbędnego do regulacji, lecz rów­nież stwarza się możliwość wykrywania wielu usterek nie do wykry­cia metodą tradycyjną. Dla przykładu wystarczy wymienić badanie siły sprężyny przerywacza. Jeśli przy wzrastających obrotach kąt zwarcia przerywacza mierzony przyrządem nie ulega zmianie, ozna­cza to, że sprężyna przerywacza znajduje się w stanie nienagannym.

Mierniki kąta zwarcia z punktu widzenia elektrycznego ma­ją tego rodzaju obwody prądowe, które w stanie podstawowym prze­wodzą w określonym stopniu, lecz które — poprzez przewody przy­rządu — mogą być w każdym momencie zamknięte napięciem ok. 5 V. Napięcie niezbędne do zamknięcia dostarczane jest z sieci akumula­torowej. Oba przewody przyrządu są połączone z wyprowadzeniem przerywacza rozdzielacza zapłonu i z korpusem silnika. Zasada dzia­łania instalacji przedstawiona jest na rysunku 51.

Przy zwieraniu przerywacza pomiędzy korpusem silnika a wyprowadzeniem istnieje napięcie praktycznie niezmierzalne i wów­czas przewodzi prąd obwód prądowy miernika kąta zwarcia. Ten impuls prądu trwa tak długo, dopóki styki przerywacza znów nie od­dalą się od siebie. Przy przerywaniu obwodu pierwotnego napięcie akumulatora dochodzi do przewodów przyrządu poprzez uzwojenie pierwotne i zamyka obwód prądowy miernika kąta zwarcia i tym sa­mym kończy się impuls prądu.

Długość impulsów wywołanych przez miernik kąta zwarcia zależy zatem od czasu zwarcia, zaś przedział czasu między impulsami związany jest z wielkością czasu przerywania. Ponieważ suma kątów rozwarcia i zwarcia jest równa kątowi wycinka cylindrowego i jest tym samym ustalona, kąt zwarcia i związamy z nim impuls prądu może wzrosnąć tylko kosztem zakresu między impulsami — lub ką­tem rozwarcia. Widać to wyraźnie na rysunku przedstawiającym se­rię składającą się z impulsów o trzech różnych długościach.

Rys. 51. Schemat działania przyrządu do pomiaru kąta zwarcia

Przyrząd do pomiaru kąta zwarcia mierzy średnią czasową impulsów l_sg. Średni prąd jest tym większy, im dłuższy jest czas zwarcia Atj w porównaniu z czasem rozwarcia At₂. Stosownie do tego, jeśli zmniejszymy kąt zwarcia styków przerywacza, odchyłka przyrzą­du będzie mniejsza, przy czym zmniejszenie to będzie proporcjonalne do zmniejszenia kąta zwarcia.

Wielkość przekazana przez przyrząd nie zależy od obrotów silnika, ponieważ w przypadku rosnących obrotów zarówno czas zwarcia jak i okres czasu rozwarcia równomiernie maleją. Z uwagi na równomierne malenie wielkości czasu, prąd średni pozostaje nie­zmieniony.

Ze względu na dokładność pomiaru wysokość impulsów nale­ży z jednej strony utrzymywać na poziomie stałym, z drugiej strony należy je ustawiać tak, aby zakładając stałe zwarcie, wskazówka przyrządu odchyliła się do końca zakresu wskazań. Można to ustawić przed pomiarem za pomocą potencjometru legalizacyjnego umieszczo­nego na przyrządzie. Ustawienie odchylenia skrajnego kalibruje za­razem przyrząd.

Zasada budowy przyrządu może być przedstawiona za po­mocą schematu blokowego (rys. 52). Sygnały napięciowe przejęte z przerywacza sterują obwodem prądowym wejściowym instalacji,

dając impulsy prądowe o długości odpowiadającej czasowi sterowania,. lecz o określonej wielkości. Następny obwód prądowy określa średnią czasową tych impulsów prądowych. Wartość tę podaje zainstalowany tu przyrząd wskazówkowy. Obwód prądowy wejściowy przyrządu

zamknięty jest napięciem akumulatorowym pojawiającym się na krańcach przerywacza. Przy przerywaniu pojawiające się tu napię­cie steruje więc układem. Stosownie do tego może być również prze­prowadzona legalizacja przyrządu, to znaczy miernik kąta zwarcia jest właściwy o ile pod działaniem napięcia 6 V przyłożonego do za­cisków wejściowych wskazówka przyrządu wskaże 0% kąt zwarcia^ a przy braku napięcia na zaciskach wskaże 100% kąt zwarcia. Do uproszczenia oceny kąta zwarcia przyrząd zaopatruje się w skalę odpowiadającą kątowi wycinka cylindrowego silników o różnej ilości cylindrów. Do oceny silników czterocylindrowych może być stosowa­na skala 0—90°, a do silników sześciocylindrowych skala 0—60° itd. Ocena jednolita, niezależna od ilości cylindrów, jest możliwa dzięki skali procentowej podającej kąt zwarcia w procentach kąta wycinka cylindrowego. Np. wartość 50% oznacza, że kąt zwarcia stanowi poło­wę kąta wycinka cylindrowego i oczywiście wówczas tyle samo wy­nosi również kąt rozwarcia.

Miernik kąta zwarcia pozwala na kontrolę sprężyny młotecz­ka przerywacza oraz na stwierdzenie celowości wymiany na skutek zużycia części biorących udział w przerywaniu. Sprężyna jest właści­wa wówczas, gdy nawet przy maksymalnych obrotach silnika wy­twarza przyspieszenie, które przy każdym położeniu wałka rozdziela­cza zapłonu przyciska młoteczek przerywacza do krzywki. Oczywiś­cie dzieje się tak jedynie wówczas, gdy kąt zwarcia badanego silnika jest stały niezależnie od obrotów. W tym celu należy więc zwiększyć obroty silnika i dokonać oceny stałości kąta zwarcia.

Konieczność 'wymiany części może być określona pomiarem
rozwarcia styków po regulacji kąta zwarcia. W przypadku zużycia
rozwarcie styków przerywacza odpowiadające przepisowemu kątowi
zwarcia maleje i jeśli zmierzone wówczas rozwarcie jest mniejsze od
dopuszczalnej wielkości minimalnej (zwykle 0,25 mm), to części prze­
rywacza powinny być wymienione.        '

Przy badaniu zapłonu i silnika należy często mierzyć obroty. Pomiar obrotów na ogół nie może być przeprowadzany przyrządami

o działaniu mechanicznym, iponieważ ze względów konstrukcyjnych nie ma dostępu do wału korbowego silnika. Do tego rodzaju zadań szczególnie przydatny jest obrotomierz elektroniczny. Obwód prądo­wy miernika kąta zwarcia po minimalnym uzupełnieniu nadaje się również do pomiarów obrotów. Tym można tłumaczyć fakt, iż więk­szość mierników kąta zwarcia stosowana jest również do pomiaru obrotów.

Podobnie jak w mierniku kąta zwarcia, sterowanie obroto­mierza realizowane jest przez młoteczek przerywacza. Po odpowied­nim przełączeniu przyrządu impulsy pierwotne odebrane z wypro­wadzenia przerywacza sterują obwodem prądowym monostabilnym, który przewodzi przez określony czas, liczony od przybycia impulsów towarzyszących przerywaniu, a następnie po upływie czasu określo­nego stałą czasową obwodu prądowego znów wraca do pozycji pier­wotnej nie przewodzącej (stabilnej).

Po każdym więc przerwaniu monostabilny obwód prądowy wytwarza impuls elektryczny o dokładnie określonej długości At₃ (rys. 53). Ponieważ amplitudy impulsów elektrycznych mogą się zmie-

Rys. 53. Schemat działania obrotomierza

miąć zależnie od stanu pracy, toteż bezpośrednie uśrednienie ich sy­gnałów mie może rozwiązać pomiaru obrotów. Z tego względu obwód monostabilny steruje obwodem prądowym wejściowym opisanym przy pomiarze kąta zwarcia, który to obwód wytwarza impuls prądowy At₃ z interwałem czasowym At₄ odpowiadającym stanowi labilnemu o dokładnie określonej długości — lecz o specyficznej amplitudzie. Impulsy prądowe są uśrednione przez opisany już wcześniej obwód prądowy całkujący i w ten sposób wytworzony prąd wskazywany jest przez przyrząd.

Schemat ideowy obrotomierza jest więc następujący (rys. 54). Impulsy napięciowe otrzymywane z przerywacza sterują obwodem prądowym monostabilnym, ten uruchamia i zwiera obwód prądowy

Rys. 54. Schemat połączeń obrotomierza

wyjściowy, a uzyskane w ten sposób impulsy o specyficznej amplitu­dzie po uśrednieniu ocenia przyrząd. Jeśli obroty rosną, to częstotli­wość impulsów będzie coraz większa i oczywiście przyrząd będzie wskazywał proporcjonalnie większy prąd średni.

Przedstawione wyżej obrotomierze elektryczne są z dużym przybliżeniem liniowe i poprzez zmianę stałej czasowej mogą być stosowane niemal w dowolnym zakresie pomiaru.

2.3. KONTROLA KONDENSATORA I STYKÓW PRZERYWACZA

Oddziaływanie indukcyjne związane z przerywaniem prądu pierwotnego i tym samym wartość energii zapłonu prądu wtórnego wiążą się ze stanem styków przerywacza i 'podłączonego tu konden­satora. Styki po dłuższym użytkowaniu zanieczyszczają się, utleniają się i zwiększona w ten sposób oporność przejścia obniża prąd pier-jiwotny. Kondensator wspomaga szybką zmianę strumienia magnetycz­nego związaną z przerywaniem w ten sposób, że przyjmuje ładunek energii pierwotnej szczątkowej, a więc wspomaga w nagłym zanika­niu prądu pierwotnego. Kondensator ze względu na obciążenia rów­nież może ulec uszkodzeniu i na skutek przewodzenia materiału izo­lacyjnego lub pęknięcia przewodu wyprowadzającego może spowo­dować niesprawność zapłonu.

Niska oporność styków przerywacza nie może być bezpośred­nio mierzona w skali roboczej. Zamiast pomiaru oporności bardziej celowe jest dokonanie oceny spadku napięcia powstającego na sty­kach. Jeśli na nie pracującym silniku ustawimy przerywacz w pozy­cji zwarcia, to przez powierzchnie styków przerywacza przepłynie prąd zwarcia cewki zapłonowej, który nawet przy idealnym stanie po­wierzchni styków wykaże dający się łatwo zmierzyć spadek napięcia. W przypadku idealnego stanu styków spadek napięcia wynosi ok. 0,1 V. Tego rodzaju spadki napięcia mogą być niezawodnie oceniane nawet przy użyciu mniej czułych przyrządów roboczych.

Przy wykrywaniu usterek miernik napięcia należy podłączyć do wyprowadzenia przerywacza rozdzielacza zapłonu i do korpusu sil-

6 — Diagnostyka samochodu

nika. W przypadku zwartych styków przerywacz może być uznany za niezawodny wówczas, gdy spadek napięcia, niezależnie od nomi­nalnego napięcia sieci, inie przekracza 0,2 V. Z tego punktu widzenia nominalne napięcie sieci (6 V, 12 V) jest obojętne, ponieważ z uwagi na prawie identyczną moc pierwotną uzwojeń, uzwojenia 6 V pobie­rają większy prąd zwarcia. W ten sposób w przypadku identycznego spadku napięcia zarówno przy 6 V jak i przy 12 V podany wyżej spadek napięcia oznacza niemal taką samą oporność przejścia.

Spadek napięcia mierzony pomiędzy wyprowadzeniem prze­rywacza, usytuowanym po stronie rozdzielacza zapłonu, a korpusem silnika składa się właściwie z trzech części (rys. 55), a mianowicie ze spadku napięcia U_x pomiędzy korpusem silnika a stykiem o biegu-

Rys. 55. Pomiar spadku napięcia na wprowadzeniach przerywacza

nowości uziemienia, ze spadku napięcia 17₂ 'pomiędzy uziemionym sty­kiem a młoteczkiem przerywacza oraz ze spadku napięcia U₃ pomię­dzy młoteczkiem a izolowanym punktem wyprowadzenia. W przy­padku błędu montażowego często zdarza się, że w tych miejscach — np. z powodu luźnego styku części — wzrasta oporność przejścia. Jeśli więc przed wymianą przerywacza zmierzyliśmy spadek napię­cia większy od przepisowych 0,2 V, to w miejscach tych celowe jest dokonanie osobnej oceny spadku napięcia. Wymiana przerywacza jest uzasadniona jedynie wówczas, gdy oporność przejścia, a więc spadek napięcia między stykami U₂ jest zbyt wielki.

Przy dokonywaniu oceny styków przerywacza za pomocą spadku napięcia należy jednak wziąć pod uwagę, że równocześnie z oddalaniem się styków na powierzchniach przerywacza — to znaczy w punktach pomiarowych — pojawia się całkowite napięcie akumu­latora. Jeśli pragniemy przeprowadzić pomiar przyrządem o zakresie pomiaru 2 V, to jest oczywiste, że przy rozwieraniu styków przery-^x wacza napięcie sieci akumulatora zniszczyłoby przyrząd. W związku z powyższym pomiar ten może być bezpiecznie przeprowadzony jedy­nie za pomocą takiego woltomierza, który ma zabezpieczenie przed obciążeniami wynikającymi z ewentualnego przepięcia. Zabezpiecze-

nie przyrządu można rozwiązać dwiema przeciwnie połączonymi dio-dami i odpowiednio do nich dobranymi opornościami dodatkowymi (rys. 56). Miernik napięcia wyposażony w zabezpieczenie przed prze-pięciem może być również wykorzystany do innych pomiarów. W sie-ci elektrycznej samochodu często występują tego rodzaju usterki na

Rys. 56. Woltomierz

z zabezpieczeniem

przed przepięciem,

do pomiaru spadku napięcia

łączeniach, które ze względu na małą oporność tych łączeń nie mogą być wykryte pomiarem opornościowym wykonywanym w skali ro-bocznej, a równocześnie zakłócają działanie urządzeń elektrycznych. Spośród wielu możliwości wystarczy powołać się na spadek napię­cia powstający na przewodzie rozrusznika, na biegunach akumulato­ra, na przewodach reflektora, na przewodzie zasilającym cewki za­płonowej itp. lub na oporność przejścia, jaką można stwierdzić w punktach ich połączeń.

Jeśliby trzeba w tych miejscach mierzyć oporność, to istnia­łaby konieczność wykazania wartości ok. 10~²—10~³ omów, co nawet w skali laboratoryjnej byłoby niełatwym zadaniem. W przeciwień­stwie do tego, dla przykładu w przypadku znacznego prądu pobiera­nego przez rozrusznik, ocena spadku napięcia na przewodzie rozrusz­nika rzędu 0,5 — IV jest zupełnie prosta. W tym przypadku przy­rząd wyposażony w ochronę napięciową łączymy z obu końcami prze-wodu i w okresie rozruchu mierzymy bezpośrednio spadek napięcia. Jednak przy pomiarze dowolnego spadku napięcia należy liczyć się z uszkodzeniem mierzonej części elektrycznej i gdyby nie było wów­czas zabezpieczenia przed przepięciem, to całkowite napięcie aku­mulatora zniszczyłoby przyrząd.

Obciążenie związane z użytkowaniem kondensatorów zagra­ża wyjściom instalacyjnym lub izolacji międzyinstalacyjnej. W przy­padku kondensatorów o twardej izolacji, stosowanych w obwodzie prądowym zapłonu, praktycznie nie może się zdarzyć, aby pojemność kondensatora ulegała częściowej zmianie w trakcie użytkowania. Bio­rąc to pod uwagę nie ma 'potrzeby wykonywania pomiaru pojemności przy badaniu kondensatora.

Zaburzenia działania, związane z oderwaniem wyjścia i uszkodzeniem izolacji, mogą być stwierdzone za pośrednictwem jed­nostki zasilającej badany kondensator.

Jednostka zasilająca jest właściwie źródłem prądu stałego, wytwarzającym zwykle z baterii napięcie 500 V niezbędne przy badaniu.

Usterki kondensatora wykazywane są za pomocą lampy Glinuma, którą łączy sią szeregowo z badanym kondensatorem (rys. 57). Lampy te wypełnione gazem zapalają się dopiero pod dzia­łaniem określonego napięcia, po czym stosunkowo dobrze przewodzą prąd. Kondensator znajdujący się w nienagannym stanie, połączony z badanym przyrządem, pobiera ładunek co powoduje spadek aiapię-

cia na oporności połączonej równolegle z lampą Glimma. Jeśli różnica napięć osiągnie wartość napięcia zapłonu lampy Glimma, wówczas lampa zapala siQ i płynący przez nią prąd wspomaga ładowanie kon­densatora. Pierwszy zapłon lampy sygnalizuje więc, że wyprowadze­nie jest nie uszkodzone lub że instalacja kondensatora nie uległa prze­rwaniu. W przypadiku zerwanego wyjścia lampa Glimma w ogóle nie zapali się.

Kondensator z prawidłową izolacją po krótkim czasie nała­duje się i na jego instalacjach wytworzy się napięcie równe w przy­bliżeniu napięciu jednostki zasilającej. Z uwagi na niemal identycz­ne napięcie jednostki zasilającej i kondensatora różnica napięć na wyjściach lampy Glimma zmaleje i lampa zgaśnie. Jeśli izolacja kon­densatora jest prawidłowa, to ładunek przechowywany w wyposaże­niu nie ulegnie zmianie.

W przypadku uszkodzenia izolacji ładunek kondensatora w 'krótkim czasie zanika na skutek wyładowania wewnętrznego i po­wstanie ponownie różnica napięć pomiędzy kondensatorem a jed­nostką zasilającą. Jeśli różnica napięć osiągnie napięcie zapłonu lam­py Glimma, wówczas lampa ponownie zapłonie i utracony ładunek zostanie uzupełniony. W przypadku kondensatora z uszkodzoną izo­lacją zjawisko to powtarza się periodycznie, a z częstotliwości zapło­nów można wnioskować o stopniu uszkodzenia izolacji.

Kontrola kondensatora nie może być zrealizowana bez jed­nostki zasilającej wysokiego napięcia. Napięcie 500 V stosowane przy badaniu obciąża izolację kondensatora w większym stopniu niż wa­runki eksploatacyjne. Jeśli izolacja wytrzyma to przeciążenie bez uszkodzenia, to w okresie pracy nie należy się obawiać przebicia. Po-

nieważ badanie kondensatora i kontrola przerywacza dokonywane są w tych samych punktach połączeń, co pomiar kąta zwarcia i obro­tów, to z technologicznego punktu widzenia celowe jest obwody prą­dowe instalować we wspólnym układzie.

'

2.4. USTAWIENIE KĄTA WYPRZEDZENIA ZAPŁONU I KONTROLA REGULACJI ZAPŁONU

Jednostkowe zużycie paliwa przy danym obciążeniu zależy od przygotowania i przebiegu procesu spalania. Przemiana energii następuje, jak wiadomo, w dwóch etapach, przy czym najpierw wy­zwala się energia chemiczna paliwa, a następnie, przy ekspansji uzyskanej w taki sposób energii cieplnej, przemienia się w pracę me­chaniczną. Stosunek obu energii, to znaczy iloraz dostarczonej energii chemicznej i uzyskanej pracy mechanicznej determinuje sprawność silnika. Spośród warunków wstępnych spalania, jakie mogą być bra­ne pod uwago zajmiemy się obecnie jedynie przebiegiem spalania w czasie, to znaczy położeniem punktu zapłonu względem punktu GMP. Usytuowanie zapłonu względem punktu GMP określone jest iskrą zapłonową. Przy szczegółowej ocenie procesu spalania należy jednak wziąć pod uwagę, że reakcja termiczna łańcuchowa towarzy­sząca intensywnemu wzrostowi ciśnienia nie następuje natychmiast po pojawieniu się iskry zapłonowej. Pomiędzy przeskokiem iskry a szybkim procesem spalania z towarzyszącym mu wzrostem ciśnie-nia upływa określony czas (tzw. okres opóźnienia zapłonu) (rys. 58). Można to stwierdzić na wykresie indykatorowym silnika, na którym pokazano moment przejścia iskry 1 i liczony od niego okres opóź-nienia zapłonu. T Po upływie okresu opóźnienia zapłonu spalanie

przebiega w sposób ciągły z towarzyszeniem szybkiej reakcji łańcu­chowej w komorze spalania silnika, a intensywność wzrostu ciśnie­nia obserwowana w początkowym okresie związana jest bezpośrednio z prędkością spalania. Okres czasu pomiędzy punktem zapłonu 1 a ciś­nieniem szczytowym spalania 2 może być więc zmieniony dwoma czynnikami, a mianowicie okresem opóźnienia zapłonu i prędkością spalania.

Przy rozważaniu warunków przekształcania energii dotyczą­cych całego obiegu, należy wziąć pod uwagę fakt, iż zarówno okres zwłoki zapłonu jak i prędkość spalania zmieniają się w zależności od obrotów (rys. 59) i obciążenia (rys. 60). W związku z tym gdybyśmy przy rosnących obrotach silnika wytwarzali iskrę zapłonową bez

n                                                                     M

Rys. 59. Zmiana okresu zapłonu         Rys. 60. Zmiana okresu zapłonu

mieszanki w funkcji obrotów              mieszanki w funkcji obciążenia

zmiany kąta wyprzedzenia zapłonu cc₀, to okres opóźnienia zapłonu malałby w funkcji czasu, lecz rósłby w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Również ciśnienie szczytowe na skutek niedostatecznie dużej prędkości spalania przesuwałoby się stopniowo poza punkt GMP (linia przerywana na wykresie indykatorowym). Przesunięcie to wywiera wpływ na strefę ekspansji i w ten sposób zmniejsza się możliwość przekształcania energii ciśnienia drogą ekspansji.

Podobna sytuacja powstaje wówczas, gdy przy stałych obro­tach zmniejszamy obciążenie silnika. Przy malejącym obciążeniu pa­rametry procesu spalania (temperatura, ciśnienie sprężania, zanie­czyszczenie spalin itp.) ulegają stopniowej zmianie i następuje nie­uchronny wzrost okresu opóźnienia zapłonu i zmniejszenie prędkości spalania. Oddziaływanie powstające przy obciążeniu malejącym jest więc podobne do zjawiska opisanego przy wzrastających obrotach. Parametry sprawności silnika, ze względu na opisane wyżej objawy, mogą być ustawione na wartość optymalną tylko poprzez odpowied­nią regulację zapłonu.

W nowoczesnych silnikach samochodowych do uzyskania możliwie najbardziej korzystnego zużycia jednostkowego stosuje się dwa rodzaje regulatorów wyprzedzenia zapłonu, a mianowicie regu­lator odśrodkowy, który zależnie od obrotów ustawia optymalny kąt wyprzedzenia zapłonu, oraz regulator podciśnieniowy, który w zależ­ności od obciążenia (ustawienia przepustnicy) reguluje wyprzedzenie zanłonu silnika. Szczególnie duże znaczenie odgrywają regulatory w obecnych silnikach wysokoóbrotowych, które z uwagi na szeroki za­kres obrotów mają wysokie wymagania w zakresie regulacji wyprze­dzenia zapłonu.

W związku z powyższym przy ustawianiu lub kontroli za­płonu należy mierzyć trzy charakterystyki:

a — wyprzedzenie zapłonu bez regulacji, tzw. wstępne,

b — charakterystyki działania regulatora odśrodkowego w funkcji

obrotów, c — charakterystyki działania regulatora podciśnieniowego w funkcji

podciśnienia w kanale dolotowym.

Z powyższego zestawienia wynika, że przy ustawianiu zapło­nu silników gaźnikowych poza zwykłym ustawianiem wstępnego wy­przedzenia zapłonu należy również przeprowadzić kontrolę regula­torów. Znaczenie kontroli regulatorów zapłonu można wykazać od­powiednimi danymi. W przeciętnym silniku wymagane wstępne wy­przedzenie zapłonu waha się w granicach 4—8°, natomiast regulator odśrodkowy może zwiększyć tę wielkość o 15—20°, zaś regulator pod- ciśnieniowy — o 10—15°. W przypadku niektórych silników może się zdarzyć, że przy wstępnym wyprzedzeniu zapłonu wynoszącym 8— —10° — przy obciążeniu częściowym i przy dużych obrotach — wy­przedzenie zapłonu spowodowane działaniem regulatora może osiąg­nąć nawet wartość 50—60°. Widać stąd, że regulacja zapłonu może w znacznym stopniu zmieniać chwilowe wyprzedzenie zapłonu silni-ka i że wstępne wyprzedzenie zapłonu w przypadku niektórych sta­nów roboczych nie ma większego znaczenia.

Metody tradycyjne — gdy wał korbowy silnika obracany jest ręcznie i gdy rozwarcie przerywacza obserwowane jest lampą kontrolną niskiego napięcia — spośród wymienionych parametrów pozwalają co najwyżej na ustawienie wstępnego wyprzedzenia zapło­nu i to ze znacznym błędem. Przeprowadzone w taki sposób ustawie­nie lub kontrola są dość niedokładne z uwagi na niepewne włączenie kontaktów oraz błędy związane z obracaniem wału korbowego, jak również odczytem kątów wyprzedzenia zapłonu. Jeszcze bardziej niekorzystna sytuacja powstaje wówczas, gdy zamiast kąta wyprze­dzenia zapłonu mierzy się procent suwu odpowiadający wyprzedze­niu zapłonu. Regulatory wyprzedzenia zapłonu nie mogą być tą me­todą oceniane, tak więc bez odpowiednich przyrządów badanie oma­wianych części konstrukcyjnych jest możliwe najwyżej na stanowis-

ku próbnym. Jednak z uwagi na znacznie nakłady czasu trudno jest włączyć je do technologii obsługi i naprawy.

Za porhqcą nowoczesnych metod pomiarowych kontrola re­gulatorów zapłonu odśrodkowego i podciśnieniowego na silniku pra­cującym odbywa się przy zastosowaniu stroboskopu. Stroboskop kon­troli zapłonu (rys. 61) jest właściwie podobny do lampy stroboskopo­wej stosowanej' w fotografice z tą jedynie różnicą, że błysk lam-

Rys. 61. Stroboskop do kontroli wyprzedzenia zapłonu

. . ■ -

py 1 o znacznie mniejszej sile światła sterowany jest impulsem za­płonowym pierwszego cylindra silnika. Zapotrzebowanie energii jed­nostki zasilającej wysokiego napięcia, niezbędnej do pracy przewodu błyskowego, pokrywa akumulator za pośrednictwem odpowiednich przewodów 2. Nowoczesne stroboskopy mogą pracować bez przełą­czania z sieci zarówno 6 V jak i 12 V. Impuls zapłonowy cylindra wybranego do sterowania przedostaje się do urządzenia przez prze­wód 3 podłączony do nasadki umieszczonej pod końcówką przewodu świecy. Ponieważ czas błysku lampy jest bardzo krótki (ok. 20 mikro­sekund), obracający się wał korbowy oświetlony urządzeniem w okresie błysku wydaje się być nieruchomy. Wstępne wyprzedzenie zapłonu silników podawane jest oznaczeniami naniesionymi na koło paska klinowego (rys. 62) albo na krawędź koła zamachowego. Po­nieważ bardzo krótki błysk lampy stroboskopowej następuje zawsze W momencie zapłonu —■ a więc przy identycznym położeniu wału korbowego — stąd oznaczenie znajdujące się na obracającej się części widoczne jest w pozycji nieruchomej.

Przy ustawianiu wstępnego wyprzedzenia zapłonu należy na biegu jałowym oświetlić lampą stroboskopową oznaczenie zapło-

Rys. 62. Oznakowanie wyprzedzenia zapłonu na krawędzi koła pasków klinowych i koła zamachowego

nu silnika i następnie pokręcać rozdzielaczem zapłonu tak długo, aż stałe oznaczenie zapłonu pokryje się z oznaczeniem ruchomym, Lam­pa stroboskopowa może być również stosowana do określania punktu GMP, o ile na silniku umieszczone jest odpowiadające mu oznaczcr nie.

Badanie regulatorów zapłonu odbywa się w podobny sposób. Jeśli zwiększymy obroty silnika, to zmiana wyprzedzenia zapłonu, związana z regulacją zaznaczy się w przesunięciu ruchomego ozna­czenia. Przesunięcie oznaczenia względem kierunku obrotu może być tłumaczone tym, że lampa stroboskopowa zapala się wcześniej, odpo­wiednio do zwiększonego kąta wyprzedzenia zapłonu. Ponieważ przy Otwarciu przepustnicy oba regulatory funkcjonują jednocześnie, to przy kontroli regulatora odśrodkowego regulator podciśnieniowy na­leży wyłączyć.

. Obniżka ciśnienia niezbędna przy badaniu podciśnieniowego regulatora wyprzedzenia zapłonu w zasadzie może być uzyskana za pomocą silnika. Ocena regulacji jest tu jednak uciążliwa, ponieważ wielkości podciśnienia niezbędne do pomiaru mogą być uzyskane tyl­ko przy różnych obrotach.

Ponieważ równocześnie funkcjonuje regulator odśrodkowy, należałoby zawsze z wyniku pomiaru odjąć poprawkę na uzyskane

przez niego wyprzedzenie zapłonu. Operacja może być uproszczona, jeśli obniżka ciśnienia niezbędna do badania regulatora podciśnienio­wego wytwarzana będzie ręczną pompą powietrzną. Urządzenia wy­posażone w tego rodzaju pompę i podciśnieniomierz (rys. 63) produ­kowane są w wielu miejscach.

Rys. 63. Przyrząd do pomiaru podciśnienia w pompie

Przy stosowaniu pompy powietrznej badany podciśnieniowy regulator wyprzedzenia zapłonu uniezależniamy od silnika i łączymy z pompą, a następnie ustawiamy silnik na stałe obroty. Na wstępie określamy wyprzedzenie zapłonu odpowiadające tym obrotom, a na­stępnie przy stopniowym zwiększaniu podciśnienia przeprowadzamy ocenę zmiany wyprzedzenia zapłonu, spowodowanej regulatorem pod­ciśnieniowym. Kontrola regulatorów zapłonu zwykłym strobosko­pem — sterowalnym bezpośrednim oznakowaniem zapłonu — jest nie­co uciążliwa, ponieważ na obracających się częściach silnika (koła paska klinowego, koło zamachowe) zwykle nie umieszcza się odpo­wiedniej podziałówki kątowej. I chociaż niezbędna do oceny podzia-łówka kątowa może być również osobno przygotowana i ustawiona w pobliżu obracającego się oznakowania, to jednak badanie to nie spełnia wymagań praktycznych zarówno ze względów bezpieczeństwa, jak i trudności związanych z dokonywaniem oceny.

Z powyższych względów zwykły stroboskop przynosi korzyś­ci jedynie przy szybkiej kontroli wstępnego wyprzedzenia zapłonu. Jeśli na silniku umieści się tylko jeden znak nieruchomy obracający się, to wówczas dla przeprowadzenia łatwej i szybkiej regulacji za­płonu potrzebna jest lampa stroboskopowa wyposażona w jednostkę rozstrojeniowią. Jednostka rozstrojeniowa umieszczona jest pomiędzy

cylindrem sterującym a lampą stroboskopową (rys. 64). Powyższy ob­wód prądowy ma jeden przerzutnik monostabilny i część wytwarza­jącą krótki impuls sterujący. Stała czasowa odpowiadająca stanowi

labilnemu przerzutnika monostabilnego może być zmieniana poten­cjometrem usytuowanym w przyrządzie. W zasadniczej pozycji po-

tencjometru impuls zapłonowy obwodu wtórnego cylindra sterujące­go natychmiast uruchamia lampę stroboskopową, a więc lampa stro­boskopowa zapala się jednocześnie z zapłonem. Jeśli potencjometr rozstrojeniowy odwrócimy, to pomiędzy przychodzącym sygnałem sterującym 2 a sygnałem wychodzącym 2 upływa określony czas At. Obrót wału korbowego odpowiadający temu czasowi podawany jest przez wskaźnik jednostki rozstrojeni owej.

Przedstawiony schemat podaje w sposób niezwykle przej­rzysty działanie obwodu prądowego rozstrojeniowego. Jeśli przez po­kręcenie potencjometru ustawimy rozstrojenie pomiędzy sygnałem sterującym a sygnałem wyjściowym, odpowiadające 10 stopniom ob­rotu wału korbowego, to w praktyce lampa stroboskopowa w ślad za sygnałem zapłonu zapali się dopiero po 10 stopniach obrotu wału kor- bowego.

W tym okresie czasu obracające się oznakowanie zapłonu obróci się. o 10°, a więc jeśli np.: pragniemy zmierzyć 10° wyprzedze­nie zapłonu, wówczas oznakowanie obracające się znajdzie się w jed­nej linii z nieruchomym oznakowaniem punktu GMP (rys. 65). Z uwa-

Rys. 65. Pomiar kąta wyprzedzenia zapłonu stroboskopem opóźniającym

gi na fakt, iż w przedziale 0—90° obwód prądowy rozstrojenie wy po­
zwala na dowolną zmianę opóźnienia rozbłysku, stąd korzystając
z jednego oznakowania obracającego się i nieruchomego można w
tymi zakresie dokonywać pomiarów dowolnych wartości wyprzedze­
nia zapłonu. Ponieważ na każdym silniku znajduje się oznaczenie
stałe odpowiadające punktowi zwrotu zewnętrznego oraz oznakowanie
obracające się, stąd stroboskop zawierający obwód prądowy rozstroje-
niowy pozwala na wyznaczenie charakterystyk obu typów regulato­
rów zapłonu.                                                     ;
Stosowanie obwodu prądowego rozstrojeniowego. jest nie­
zwykle proste. W przypadku potencjometru rozstrojeniowego usta­
wionego w pozycji zasadniczej oświetlamy lampą stroboskopową nie­
ruchome i obracające się oznakowanie punktu GMP i następnie po­
kręcamy potencjometrem tak długo, aż oba oznakowania znajdą się
naprzeciw siebie. Ze wskaźnika odczytujemy wówczas wielkość roz­
strojenia, które jest identyczne z chwilowym wyprzedzeniem zapło­
nu. Ocenę przeprowadzamy więc w ten sposób, że poprzez zmianę
wielkości rozstrojenia szukamy takiego opóźnienia rozbłysku, podczas
którego obracające się oznakowanie punktu GMP wykona drogę do­
kładnie odpowiadającą wielkości wyprzedzenia zapłonu.

Rys. 65. Pomiar kąta wyprzedzenia zapłonu stroboskopem opóźniającym

gi na fakt, iż w przedziale O—90° obwód prądowy rozstrojcniowy po­
zwala na dowolną zmianę opóźnienia rozbłysku, stąd korzystając
z jednego oznakowania obracającego się i nieruchomego można w
tym zakresie dokonywać pomiarów dowolnych wartości wyprzedze­
nia zapłonu. Ponieważ na każdym silniku znajduje się oznaczenie
stałe odpowiadające punktowi zwrotu zewnętrznego oraz oznakowanie
obracające się, stąd stroboskop zawierający obwód prądowy rozstroje­
niowy pozwala na wyznaczenie charakterystyk obu typów regulato­
rów zapłonu.                                                     _r
Stosowanie obwodu prądowego rozstrojeniowego jest nie­
zwykle proste. W przypadku potencjometru rozstrojeniowego usta­
wionego w pozycji zasadniczej oświetlamy lampą stroboskopową nie­
ruchome i obracające się oznakowanie punktu GMP i następnie po­
kręcamy potencjometrem tak długo, aż oba oznakowania znajdą się
naprzeciw siebie. Ze wskaźnika odczytujemy wówczas wielkość roz­
strojenia, które jest identyczne z chwilowym wyprzedzeniem zapło­
nu. Ocenę przeprowadzamy więc w ten sposób, że poprzez zmianę
wielkości rozstrojenia szukamy takiego opóźnienia rozbłysku, podczas
którego obracające się oznakowanie punktu GMP wykona drogę do­
kładnie odpowiadającą wielkości Wyprzedzenia zapłonu.

maksymalną wielkością prądu pierwotnego, jest oczywiste, że wartość szczytowa napięcia pierwotnego samoindukcyjnego wiąże się z wy­szczególnionymi wyżej parametrami. Ewentualne niewłaściwe styki przerywacza, zmiana rozwarcia styków lub zmniejszenie prądu pier­wotnego na skutek innych usterek wywiera wpływ na szczytową wartość napięcia samoindukcyjnego.

Poza szczytową wartością napięcia pierwotnego nie ustalone­go, również ilość drgań własnych obwodu pierwotnego sygnalizuje o częściowym uszkodzeniu. Obwód pierwotny po rozwarciu przerywa­cza (rys. 66) może być uważany za obwód drgający, w którym często­tliwość drgań własnych określona jest pojemnością kondensatora i in-

dukcyjnością cewki zapłonowej. Oddziaływanie samoindukcyjne 1 to­warzyszące przerywaniu wywołuje drgania zanikające 2, przy czym poza początkową wartością szczytową charakterystyczną dla obwodu jest również częstotliwość własna. Jeśli kondensator układu zapłono­wego jest w stanie idealnym, to zmiana częstotliwości własnej obwo­du pierwotnego wskazuje na indukcyjność odbiegającą od pierwotnej lub na częściowe zwarcie nriędzyzwojowe.

Usterki obwodu wtórnego charakteryzuje w sposób najbar­dziej czuły szczytowe napięcie wtórne. Jeśli obwód wtórny obciąży­my daną impedancją i zmierzymy napięcie szczytowe między korpu­sem silnika a końcem przewodu wysokiego napięcia, to uzyskana w ten sposób wielkość charakteryzuje działanie obwodu prądowego. Przy uszkodzeniu częściowym napięcie szczytowe maleje i pozwala na wnioskowanie o stopniu uszkodzenia.

Przyrząd do pomiaru różnicy energii zapłonu między cylin­drami działa na zasadzie wykorzystania zjawisk elektrycznych opi-

i urządzenie sygnalizuje wartość szczytową spadku napięcia powsta­jącego w punktach połączeń.

Zastosowanie urządzenia można określić w sposób następu­jący. Przy kontroli obwodu pierwotnego wyłącznik umieszczony na przedniej ściance przyrządu należy przekręcić do pozycji pierwotnej, a następnie koniec przewodu urządzenia należy połączyć i wyprowa­dzeniem pierwotnym cewki zapłonowej. Przed badaniem należy uru­chomić silnik i przez odpowiednie otwarcie przepustnicy należy usta­lić obroty na ok. 1000 obr/min.

Po ustaleniu obrotów należy za pomocą potencjometru kali­brującego ustawić wskazówkę w taki sposób, aby spośród usytuowa­nych na podziałówce oznaczeń numerów cylindrów wskazała ona nu­mer właściwy.

Następnie należy zdejmować po jednym przewodzie wyso­kiego napięcia świec zapłonowych i obserwować wartości wskazywa­ne przez wskazówkę przerządu. W przypadku nie uszkodzonego ob­wodu prądowego wskazówka przyrządu wskaże wartość większą od kalibrowanej i odchylenie znajdzie się w strefie podziałówki ozna­czonej kolorem.

Różnica pomiędzy wartością kalibrowaną a odchyleniem zmierzonym przy przerwaniu obciążenia obwodu wtórnego jest pro­porcjonalna do wzrostu chwilowego napięcia szczytowego związane­go ze zmniejszeniem obciążenia. Zauważone odchylenia pomiędzy poszczególnymi cylindrami są proporcjonalne do różnic energii iskry spowodowanych różnymi usterkami.

Przy badaniu obwodu wtórnego przełącznik stopniowy na­leży przekręcić do pozycji wtórnej, następnie jeden przewód przy­rządu podłączyć do korpusu silnika, drugi zaś do wyprowadzenia świecy badanego cylindra. Gdy obroty silnika ustalimy na 1500 obr/min należy za pomocą potencjometru kalibrującego ustawić wartość oznaczoną przez przyrząd na oznaczeniu numeru cylindra za­znaczonym na podziałówce. W celu przeprowadzenia badania prze­wód połączony ze świecą zapłonową łączymy szeregowo z pozostałymi świecami zapłonowymi i w przypadku nie uszkodzonego obwodu wtór­nego przyrząd sygnalizuje wszędzie identyczne napięcie szczytowe.

Opisany wyżej przyrząd do określania rozbieżności energii zapłonu stosujemy wyłącznie do celów obsługowych, a jego eksploata­cja nie wymaga zasilania energią elektryczną.

BADANIE ŚWIEC ZAPŁONOWYCH

- • Znajdujący się w stanie nie uszkodzonym obwód pierwotny i wtórny nie wystarczy jeszcze do wytwarzania energii zapłonu nie­zbędnej do prawidłowej pracy silników gaźnikowych. Energia wtórna

Ciśnienie oddziałujące na świecę zapłonową może być zmieniane za pomocą zaworu regulacyjnego 4. Uzupełnienia te pozwalają, poza obserwacją obrazu iskry, również na ocenę stanu izolacji świecy za­płonowej, a także odległości pomiędzy elektrodami na podstawie wy­trzymałości na przebicie znajdującego się między nimi powietrza.

Ponieważ — pomijając oddziaływanie wilgotności względnej i temperatury — przy danej wielkości odstępu elektrod wytrzymałość na przebicie powietrza między elektrodami świecy zapłonowej zale­ży od chwilowego ciśnienia. Ciśnieniomierz znajdujący się w urzą­dzeniu ma poza zwykłą podziałówką również podziałówkę zawiera­jącą wymiary przerwy. W związku z powyższym przy badaniu, od­działując na świecę zapłonową stopniowo wzrastającym ciśnie­niem, obserwujemy przy jakim ciśnieniu iskra przechodzi przez prze­strzeń iskrową badawczą, czyli kiedy wytrzymałość na przebicie warstwy powietrza między elektrodami na skutek wzrostu ciśnienia będzie większa od podobnej wytrzymałości przestrzeni iskrowej ba­dawczej. W takim przypadku ciśnieniomierz poza ciśnieniem wskazu­je również wielkość przerwy wyskalowanej na podstawie odporności na przebicie.

W przypadku złej izolacji lub małego odstępu między elek­trodami przejście iskry nie wystąpi nawet przy ciśnieniu 1,0 MPa i oznacza to usterkę świecy. Nowoczesne urządzenie do kontroli świec zapłonowych wyposażone jest zwykle w przyrząd do oczyszcza­nia, w którym przedmuch piaskiem lub innym materiałem oczyszcza­jącym stwarza możliwość usunięcia zanieczyszczeń powierzchnio­wych.

Przedstawiony sposób badania i czyszczenia wymontowanych świec zapłonowych jest w praktyce dość rozpowszechniony, co uza­sadnione jest prostotą zarówno samego badania jak i niezbędnego wyposażenia. Należy tu jednak zaznaczyć, że przeprowadzona w ten sposób ocena ma kilka wad.

Jeśli świece zapłonowe oceniane są niezależnie od silnika, to nie niogą być 'wówczas brane pod uwagę obciążenia towarzyszące eksploatacji. Wartość badania wymontowanej świecy zapłonowej ob­niża w sposób istotny fakt, iż przy badaniu zewnętrznym nie można wytworzyć temperatury charakterystycznej do rzeczywistej pracy świecy zapłonowej, co uniemożliwia wykrycie usterek towarzyszących dużym i zmiennym obciążeniom cieplnym.

Przy dłuższym użytkowaniu świecy zapłonowej powierzchnia materiału izolacyjnego pokrywa się zanieczyszczeniem. Oddziaływa­nie cząsteczek sadzy pochodzących ze spalania paliwa i smaru do­stającego się do komory spalania nie jest istotne z uwagi na ich pro­ste wydalanie. Znacznie cmniej przyjemne jest oddziaływanie osadów powstających z dodatków zwiększających liczbę oktanową paliwa. Do­datki zwiększające liczbę oktanową zawierają tego rodzaju jony me­talu, które hamują bardzo szybkie reakcje łańcuchowe powodujące

Rys. 69. Pomiar napięcia w obwodzie wtórnym układu zapłonowego

a — pomiar napięcia

szczytowego

bez obciążenia,

b — kontrola przerwy

iskrowej rozdzielacza

zapłonu, c — elementy

filtrów

przeciwzakłóceniowych,

d — kontrola połączeń

filtrów

przeciwzakłóceniowych

Miernik napięcia szczytowego może być zastosowany rów­nież do wykrywania usterek obwodu wtórnego. O ile opornik prze­ciwzakłóceniowy umieszczony w przewodzie wtórnym ma usterką d lub gdy przerwa iskrowa rozdzielacza zapłonu jest zbyt wielka, wów­czas po uziemieniu końca przewodu zapłonowego stykającego się ze świecą miejsce usterki może być wskazane bezpośrednim pomiarem. W tym celu wychodząc z wyjścia wysokiego napięcia cewki zapłono­wej należy mierzyć spadek napięcia w punktach połączeń. Odcinek z usterką sygnalizowany jest większym spadkiem napięcia odbie­gającym od wielkości przeciętnej.

Określanie napięcia szczytowego nie może być uważane za zadanie proste z punktu widzenia techniki pomiaru, ponieważ nie­zmiernie krótkie i o stromym przebiegu impulsy muszą być ocenia­ne rzędem wielkości wielu kV. Przy wykonywaniu miernika napię­cia szczytowego wtórnego, problemem jest nie tylko pomiar bardzo stromych szczytów, należy bowiem także wziąć pod uwagę fakt, że impedancja wejściowa przyrządu nie może obciążyć w sposób istotny obwodu wtórnego. Ewentualne obciążenie zniekształca bowiem po­miar i odczytana wartość nie charakteryzowałaby badanego stanu.

Przyrząd pomiarowy napięcia szczytowego stosowany do ba­dania samochodów (rys. 70) wykonywany jest zwykle w wersji prze­nośnej i wskazuje wartość szczytową napięcia wtórnego w granicach 0—15 kV i 0—30 kV. Stała czasowa obwodu prądowego i bezwład­ność urządzenia wskaźnikowego sprawiają, że przyrząd nie może na­dążyć za wahaniami statystycznymi szczytów napięć wtórnych tak, że na podziałówce pojawia się średnia z wartości szczytowych. Z punktu widzenia odczytu jest to korzystne, ogranicza to jednak częściowo możliwość wykrywania usterek.

T

BADANIE OSCYLOSKOPOWE ZAPŁONU

Badanie oscyloskopowe zapłonu stosowane jest w coraz więk­szym stopniu w ramach czynności naprawczych, obsługowych i ser­wisowych. Ten sposób dokonywania pomiaru i wykrywania błędów nieprzypadkowo zyskał sobie dużą renomę.

Całkowite badanie układu zapłonowego pracującego przy krótkotrwałych zjawiskach elektrycznych jest czasochłonne i wyma­ga wielkiej uwagi. Omawiane już przyrządy wskaźnikowe znacznie to badanie upraszczają, choć należy tu zdawać sobie sprawę z tego, że kolejno następujące po sobie włączanie i łączenie przyrządów bada­jących poszczególne czynności znacznie zwiększają całkowity czas kontroli. Urządzenia przenośne do badania zapłonu o różnym prze­znaczeniu w pierwszym rzędzie stanowią pomoc przy regulacjach niezbędnych po wymianie części. Na liniach diagnostycznych wyma­gania w zakresie nowoczesności spełniają jedynie jednolite zestawy przyrządów, wykonujące wszystkie czynności związane z wykrywa­niem usterek i regulacją.

Oscyloskop do kontroli zapłonu jest stypizowanym urządze­niem do całkowitej kontroli przeprowadzanej na jednym stanowisku roboczym. Oscyloskop wytwarza sygnały napięciowe pierwotne i wtórne (pozwalające na wizualną ocenę zmian elektrycznych, z któ­rych mogą być określone i zmierzone:

wartość kątów zwarcia i rozwarcia dla poszczególnych cylindrów,

błędy kątów zapłonu między poszczególnymi cylindrami,

czystość powierzchni styków,

stan kondensatora,

stan uzwojenia pierwotnego,

usterki na stykach i połączeniach obwodu pierwotnego,

naprężenie wstępne sprężyny poruszającej młoteczek przerywacza,

dobra lub zła biegunowość uzwojenia pierwotnego,

stan uzwojenia wtórnego, ewentualne zwarcie międzyzwojowe,

usterki izolacji występujące w obwodzie wtórnym,

napięcie szczytowe cewki zapłonowej w stanie nieobciążonym i obciążonym,

stan cewki zapłonowej,

usterki elementów opornika przeciwzakłóceniowego,

usterki świec zapłonowych, zwarcie świecy, usterki izolacji itp.,

usterki mechaniczne głowicy rozdzielacza zapłonu, wielkość przer­wy iskrowej między końcówkami przewodów świecy zapłonowej a wyjściami przewodu,

■— pęknięcia, usterki stykowe itp. obwodu wtórnego.

Z tego niepełnego wyszczególnienia można jednoznacznie stwierdzić, że najważniejszą zaletą badania oscyloskopowego jest je­go wszechstronność. Stwierdzenie to dotyczy w szczególności grupy przyrządów, w której poza oscyloskopem mogą się znajdować rów­nież stroboskop rozstrojeniowy niezbędny do oceny wyprzedzenia za­płonu, obrotomierz, analizator spalin, wolto-amperomierz, podciśnie-niomierz oraz próbnik szczelności cylindrów. Uniwersalny charakter oscyloskopu i wynikające stąd korzyści sprawiają, iż za granicą w każdym niemal nowoczesnym zakładzie usługowym znajduje się oscyloskop do kontroli zapłonu.

Omawiana grupa przyrządów zawdzięcza swe rozpowszech­nienie nie tylko zaletom technologicznym i technicznym, lecz równo­cześnie wygodnej formie przekazu i nowoczesnemu charakterowi ba­dania. W ramach usług serwisowych estetyczne d staranne wykona­nie obiektów technicznych jest już dziś sprawą szczególnie ważną. Klient poszukujący usługi udaje się chętnie tam, gdzie znajduje się wyposażenie pozwalające na ocenę wszystkich części konstrukcyj­nych i gdzie z badania pojazdu wydaje się orzeczenie, które najczęś­ciej bardziej przekonuje o potrzebie ewentualnej naprawy niż jakie­kolwiek inne fachowe argumenty.

Przy omawianiu bezspornych zalet badania oscyloskopowe­go byłoby niecelowe pominięcie jego wad. Jeśli opisane przyrządy wskaźnikowe instalacji przenośnych podają wartości, które można od­czytać w sposób jednoznaczny, to badanie oscyloskopowe oceniane jest w oparciu o obserwację sygnałów napięciowych. Ocena ta wy­maga niezmiernie gruntownego przygotowania, ponieważ fachowiec wykonujący badanie musi znać postać sygnałów charakteryzujących obwód prądowy nieuszkodzony równie dobrze, jak odkształcenia sy-

gnałów związane z różnymi usterkami. Ocena wizualna wymaga więc szczególnie dużej uwagi i jeszcze większego przygotowania.

Przy badaniu oscyloskopowym brak niezbędnej fachowości może w poszczególnych przypadkach spowodować szkodliwe następ­stwa. Może się zdarzyć, że w okresie użytkowania osoba wykonująca badanie odnosi sygnały częściowo uszkodzonego oscyloskopu do uste­rek zapłonu i stosownie do tego wykonuje odpowiednie zabiegi.

Oczywiście tego rodzaju nieporozumienia można uniknąć je­dynie w ten sposób, że osoba wykonująca badanie poza obsługą urzą­dzenia zna również oddziaływania częściej występujących jego uszko­dzeń.

Podsumowując zalety i wady badania oscyloskopowego zapło­nu można stwierdzić, że ten sposób badania reprezentuje najwyższy poziom aktualnych możliwości i w ręku odpowiednio wyszkolonego fachowca daje gwarancję wykrycia najbardziej ukrytej usterki.

Najważniejszą częścią oscyloskopu do badania zapłonu jest rura katodowo-promieniowa, w której jest wytworzone podciśnienie podobne do panującego w rurach elektronowych. Możliwość obser­wacji zjawisk elektrycznych stwarza odpowiednio zogniskowany (ustawiony na ostro) strumień elektronów wytworzony za pomocą

Rys. 71. Schemat połączeń oscyloskopu do kontroli zapłonu

działa elektronowego 1 usytuowanego przy końcu rury. Elektrony przechodzą przez rurę ze znaczną prędkością i uderzając w warstwę Mjtuoryzującą 2 usytuowaną po przeciwnej stronie rury katodowej wy­twarzają świecący punkt (rys. 71).

Zmiana napięcia pierwotnego lub wtórnego stosowanego do oceny obwodu prądowego zapłonu dostaje się przez wzmacniacz lub obwód dopasowujący do płytek odchylania pionowego 3 znajdujących

się w rurze katodowej i na skutek elektrostatycznych oddziaływań zmiany napięcia stosownie do badanego sygnału odchyla strumienie elektronów w kierunku pionowym. W efekcie odchylania tego strumie­nia punkt świecący na ekranie również odchyla się w kierunku pio­nowym.

Przy badaniu sygnał napięciowy obwodu pierwotnego prze­syłamy do obwodu prądowego odchylania pionowego przez przewód pierwotny połączony z zaciskiem przerywacza 4, zaś sygnał wtórny przez przewód połączony z sondą wtórną 5 znajdującą się w central­nym przewodzie zapłonowym. Przy badaniu obwodu pierwotnego lub wtórnego można jedno lufo drugie połączenie związać z blokiem od­chylania lub poprzez ten blok z rurą katodową.

Ponieważ odebrany w taki sposób sygnał napięciowy zazna­czyłby się na ekranie jedynie jako linia pionowa o zmiennej długoś­ci, niezbędne jest przesuwanie, odchylanie promienia lufo punktu świetlnego również w kierunku poziomym. W celu uzyskania wy-kresowego sygnału napięcia nadającego się do oceny należy promień odchylać w kierunku poziomym w taki sposób, afoy przeszedł przez pole obrazu widoczne na ekranie dokładnie w okresie jednego pełne­go cyklu — to znaczy przy badaniu silnika dwusuwowego w okresie jednego obrotu, a przy badaniu silnika czterosuwowego w okresie dwóch obrotów wału korbowego.

Do badania odchylania poziomego strumienia elektronów z równomierną prędkością należy do płyt odchylenia poziomego 7 umieszczonych w lampie oscyloskopowej podłączyć napięcie wzrasta­jące liniowo.

Napięcie wzrastające liniowo stwarza możliwość przesuwa­nia strumienia z prędkością równomierną, a po uzyskaniu pewnego poziomu napięcia strumień elektronów, w efekcie spadku napięcia sterującego do zera, wraca do swego położenia pierwotnego. Wspo­mniane wyżej sygnały odchylające stosownie do swego kształtu no­szą nazwę drgań piłokształtnych. Drganie piłokształtne lub inaczej sygnał „kipp' wytwarzany jest przez blok odchylania poziomego, a następnie po odpowiednim wzmocnieniu dochodzi do płyt odchyla­nia poziomego. W celu zestrojenia silnika i odchylenia poziomego, czyli do uzyskania odpowiedniego obrazu nieruchomego, przesunięcie poziome strumienia czyli uruchomienie foloku odchylającego powinno być zawsze sterowane, synchronizowane sygnałem napięciowym ba­danego silnika. Niezbędny do zestrojenia sygnał synchronizujący mo­że być odebrany albo z sondy 6 włączonej szeregowo do przewodu za­płonowego pierwszego cylindra, albo ze wspomnianej już sondy wtórnej 5.

Sygnał synchronizujący dostaje się przez wyłącznik selek­cyjny do bloku o podobnej nazwie, którego zadaniem jest niezawod­ne uruchomienie bloku odchylania. Jeśli synchronizacja dokonywana jest przez czujnik połączony szeregowo z przewodem zapłonu pier-

wszego cylindra, to wszystkie sygnały napięciowe cylindra będą wi­doczne na ekranie lampy oscyloskopowej odpowiednio do kolejności zapłonu {rys. 72). Otrzymany obraz nazywać będziemy obrazem cyklu. Różnice pomiędzy sygnałami napięciowymi cylindrów moż­na oceniać szczególnie dobrze wówczas, gdy sygnały występujące w kolejności zapłonu pojawiają się na ekranie jeden nad drugim. Od­chylanie poziome należy wówczas wzbudzać przy każdym cylindrze (rys. 73). Praktycznie oznacza to, że jeśli do uzyskania obrazu cyklu

Rys. 72. Sygnały zapłonów silnika czterocylindrowogo w formie obrazów seryjnych

Rys. 73. Sygnały zapłonów silnika cztero cylindrowego w układzie nakładania sie na siebie

przy badaniu np. silnika czterocylindrowego czterosuwowego odchy­lanie poziome należy wzbudzać co każde dwa obroty wału korbowego, to w przypadku nakładania na siebie obrazu w okresie dwóch obro­tów wału korbowego należy to uczynić czterokrotnie. Czterokrotna częstotliwość odchylania poziomego może być zrealizowana za pomo­cą czujnika usytuowanego w przewodzie centralnym. W związku z tym przy realizacji nakładania na siebie obrazów blok synchroni­zujący należy sprzężyć z czujnikiem usytuowanym w przewodzie cen­tralnym.

Przedstawiony rodzaj pomiaru może być zrealizowany przez zastosowanie centralnego .przełącznika stopniowego oscyloskopów do badania zapłonu. Odpowiednie ustawienia przełącznika stopniowego umożliwiają obserwację sygnałów napięciowych pierwotnych i wtór­nych bądź w postaci obrazu cyklu, bądź obrazów nakładających się na siebie.

W przypadku silników dwusuwowych wyposażonych w cewki zapłonowe oddzielnie dla każdego cylindra lub w przypadku wysoko-obrotowych silników czterosuwowych przedstawione podłączenie

oscyloskopu nie jest stosowane do badania. Zaciski cewek zapłono­wych do podłączenia z przerywaczami nie mogą być wówczas bezpo­średnio połączone z.przewodem pierwotnym instalacji, ponieważ utwo­rzone w taki sposób mostkowanie spowodowałoby niezdolność do pracy układu zapłonowego. Sygnał napięcia pierwotnego cewki za­płonowej może być przekazany do zacisków przyrządu tylko za po­mocą takiego rozdzielacza napięcia omowego (rys. 74), który przej­muje sygnały bez zniekształceń, lecz który równocześnie nie przenosi istotnego prądu z jednego zamkniętego rozdzielacza do drugiego otwartego obwodu prądowego.

W tego rodzaju obwodzie prądowym zapłonu zmienia się również odbiór sygnału napięciowego wtórnego. Sygnały wrtórne po­szczególnych cylindrów należy rozdzielać umieszczonymi na przewo­dach świec zapłonowych czujnikami pojemnościowymi 1 lub induk­cyjnymi 2, pamiętając równocześnie o sygnale synchronizującym nie­zbędnym do wytworzenia obrazów szeregowych. Zadanie to spełnia oddzielna sonda synchronizująca 3 usytuowana w obwodzie wtórnym cylindra i zastosowana do synchronizacji.

Ocena sygnału pojawiającego się na ekranie oscyloskopu opiera się na tym, że w przypadku usterki procesy elektryczne za­chodzące w obwodzie pierwotnym i wtórnym zmieniają się w stosun­ku do stanó.w normalnych.

O funkcjonowaniu części zasilających zapłon informują po­szczególne fragmenty .postaci sygnału, a przy ich uszkodzeniu cha­rakter zachodzącej zmiany wyjaśnia przyczynę usterki. Jeśli facho­wiec dokonujący kontroli zna rodzaje sygnałów, to drogą oceny wi­zualnej jest w stanie natychmiast określić usterki występujące w układzie zapłonowym albo ich przyczyny. Po rozpoznaniu usterki wy­eliminowanie zakłócenia oddziałującego na zapłon nie stanowi już większego problemu. Ponieważ do oceny występujących w praktyce usterek niezbędna jest przede wszystkim znajomość zmiany napięcia odpowiadającej nieuszkodzonemu obwodowi prądowemu zapłonu, to biorąc pod uwagę działanie tego obwodu zbadajmy sygnał napięcia pierwotnego.

Sygnał napięciowy obwodu pierwotnego rozpoczyna się z chwilą przerwania 1 obwodu (rys. 75). Napięcie samoindukcyjne U₀ powstające przy przerwaniu obwodu lub związana z tym energia szczątkowa, w obwodzie .pierwotnym przekształconym w obwód drga­jący, wywołuje drgania elektryczne widoczne na odcinku następują­cym po przerwaniu 2. Częstotliwość i tłumienie drgań określone jest przez kondensator, indukcyjność cewki pierwotnej oraz oporność obwodu prądowego. Wartość średnia zmiennego napięcia nie odpo­wiada linii podstawowej oscyloskopu, ponieważ wspomniane już drga­nie tłumione nakłada się na spadek napięcia U_t powstający z powo­du prądu .wtórnego.

Rys. 75. Zmiana napięcia pierwotnego układu zapłonowego nieuszkodzonego

W związku z powyższym należy wziąć pod uwagę, że wyso­kie napięcie wtórne występujące po przerwaniu jonizuje przestrzeń gazową pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej i wzbudza prąd w obwodzie wtórnym. Odgałęzienie (pierwotne prądu wtórnego rozdziela się ma dwie części (I_sei, l_ss%) i jedna z nich przechodzi również przez obwód pierwotny (rys. 76, l_szl), co wywołuje spadek napięcia na

impedancji między usytuowanymi tu punktami pomiarowymi a, b. Ten spadek napięcia — niemal niezmienny w czasie — przesuwa do góry wartość średnią drgania tłumionego. Wracając do szczegółów sygnału napięcia pierwotnego widocznego na rysunku 75 należy pa­miętać o tym, że spadek napięcia w punktach pomiarowych obwodu

pierwotnego zanika wówczas, gdy zostaje przerwany prąd wtórny, a więc gdy kończy się łuk .na elektrodach świecy zapłonowej. Nagły spadek napięcia widoczny na sygnale napięcia pierwotnego 3 podaje więc zarazem moment zakończenia zapłonu, a więc przerwanie łuku.

Przedstawiony wyżej znaczny czas trwania łuku stwarza możliwość obalenia jednego z konwencjonalnych stwierdzeń. Otóż łuk powstający na elektrodach świecy zapłonowej często nazywany jest iskrą i podkreśla się jego bardzo krótki czas trwania. Jak widać rzeczywistość jest inna, bowiem łuk elektryczny po przełamaniu opor­ności elektrycznej gazu między elektrodami (po przebiciu) pozostaje trwały, a energia wniesiona w taki sposób do komory spalania — na ogół w znaczącym okresie czasu — może być wyrażona w wato sekundach.

Zresztą założenie bardzo krótkiego czasu, nawet w przypad­ku niezbyt wielkiej energii wtórnej, prowadziłoby do prądu wtórne­go niemal nieskończenie wielkiego.

Przerwanie prądu wtórnego wywołuje .ponowne oddziały wa­nie samoindukcyjne i związany z tym szczyt napięcia samoindukcyj-nego, jak również wzbudzone przezeń drgania tłumione 4 są jedno­znacznie dostrzegalne po zaniku łuku elektrycznego.

Po zaniku energii szczątkowej wtórnej sygnał napięcia pier­wotnego kształtuje się dalej w .postaci linii prostej. Ponieważ para przewodów pierwotnych łączy się z korpusem silnika i zaciskami przerywacza, to ze względu na otwarte sity ki przerywacza w miejscu pomiaru pojawia się napięcie akumulatora. Na dalszym odcinku syg- nału promień oscyloskopu biegnie nie po linii podstawowej, lecz nad tą linią, odpowiednio do napięcia na zaciskach akumulatora U₂.

Następna charakterystyczna część sygnału napięcia pierwot­nego to spadek stromego napięcia towarzyszący zwarciu styków prze­rywacza 5. W punktach połączeń przewodów pomiarowych zanika wówczas magle napięcie akumulatora, co zaznacza się nagłym zała­maniem sygnału. Zakres pomiędzy zwarciem przerywacza i jego ko­lejnym przerwaniem, wyrażony kątem obrotu mechanizmu sterujące­go, podaje kąt zwarcia 6.

Jeśli sygnał napięciowy dokładnie wypełnia przestrzeń obra­zu, wówczas kąt zwarcia może być oceniony bezpośrednio z-a pomocą podziałki kątowej usytuowanej na ekranie oscyloskopu.

Bezusterkowy sygnał napięcia wtórnego jest częściowo po­dobny do zmiany napięcia pierwotnego (rys. 77). Po rozwarciu sty­ków 1 powstaje bardzo ostry szczyt napięcia, który umożliwia przebi­cie i zjonizowainie przestrzeni znajdującej się między elektrodami świecy zapłonowej. Po rozpoczęciu jonizacji przewodnictwo przestrze­ni między elektrodami nagle wzrasta i ze względu na większe obcią­żenie wartość napięcia mierzonego w obwodzie wtórnym znacznie maleje. Oscyloskop wskazuje wówczas napięcie utrzymujące łuk, to-

też odcinek ten mażemy nazwać krótko .napięciem łukowym 2. Za­kres napięcia łukowego podaje zarazem czas trwania łuku.

Przy przerwaniu prądu wtórnego pozostała tu energia z przy­czyn wyjaśnionych już wcześniej wywołuje drgania tłumione 3. Cho­ciaż drgania powstają w obwodzie pierwotnym, to ich oddziaływanie

Rys. 77. Zmiana napięcia wtórnego układu zapłonowego nieuszkodzonego

jest również widoczne na sygnale napięcia wtórnego. Warto wspo­mnieć, że drganie pierwotne następujące po przerwaniu można rów­nież wykazać na obrazie wtórnym.

Tu jednak amplitudy, z uwagi na mniejszą czułość stopnia wtórnego oscyloskopu, wydatnie maleją. Drgania następujące po przerwaniu są właściwie widoczne na linii iskry.

Zwarcie przerywacza sygnalizowane jest nagłym załamaniem sygnału napięcia wtórnego 4 lub towarzyszącym mu przeciwstawnym napięciem samoindiukcyjnym. W konsekwencji oddziaływania napię­cie samoindukcyjne, towarzyszące namagnesowaniu cewki zapłono­wej, wywołuje tego rodzaju drgania tłumione, których średnie napię­cie stopniowo zbliża się do linii podstawowej. W dalszym ciągu sygnał napięcia przebiega jako linia prosta po linii podstawowej oscylosko­pu. Kąt zwarcia może być również oceniony na sygnale napięcia wtórnego za pomocą zakresu pomiędzy zwarciem styków 4 a następ­nym szczytem napięcia wtórnego 5. W zakresie sygnału napięcia wtór­nego następującego po zwarciu przerywacza jakikolwiek sygnał za­kłócający jest niedopuszczalny.

Usterki części składowych obwodu prądowego zapłonu mogą być określone z omówionych już zmian fragmentów sygnałów na­pięcia pierwotnego i wtórnego. Z uwagi na znaczną liczbę możliwości

usterek zrozumienie i zapamiętanie masy wykresów wyglądających w pierwszym momencie na mało przejrzyste będzie znacznie ułatwione, jeśli wyjaśniwszy sobie oddziaływania elektryczne usterek będziemy rozumieli dlaczego dany fragment sygnału odkształca się w określony sposób.

W praktyce oznacza to, iż zamiast określania bez interpretacji wymagającego znacznej energii konieczne jest uzyskanie pewnych podstawowych wiadomości z elektroniki, co zresztą jest bardzo ko­rzystne przy usuwaniu usterek.

Przejrzystość sygnałów usterek możemy poprawić przez ich racjonalne usystematyzowanie, np. według kolejności działania, według części składowych, według zestawów obrazów itd. Ponieważ najbliżej wykonania pomiaru jest klasyfikacja według kolejności czynności, stąd ona właśnie wydawała się najkorzystniejsza przy szczegółowym rozpoznaniu. Przejrzystość wykresów jest znacznie polepszona przez to, że poza obrazami oscyloskopowymi wszędzie znajduje się również rysunek emblematowy części konstrukcyjnej z usterką.

Badanie zapłonu rozpoczyna się od oceny sygnału napięcia pierwotnego. Do tego badania nowoczesne oscyloskopy wyposażone są w przekładnie biegunowości, .ponieważ w samochodach występują również sieci elektryczne z uziemieniem ujemnym i dodatnim. Ozna­kowanie dodatnie i ujemne przekładni biegunowości oznacza w tym przypadku biegunowość uziemioną. Jeśli wyłącznik ustawimy na bie­gunowość uziemioną, charakterystyczną dla danego typu samochodu, a na ekranie pojawi się odwrócony sygnał napięcia pierwotnego (rys. 78) oznacza to, że na skutek błędu montażowego uziemiony zo­stał przeciwny biegun akumulatora. Błąd biegunowości prowadzi więc

Rys. 78. Sygnał napięcia pierwotnego w przypadku odwrotnej biegunowości

do odwrócenia sygnału napięcia, a jego oddziaływania elektryczne wywierają częściowo wpływ na funkcjonowanie układu zapłonowego i ładującego.

Oporność przejścia przepalonych przerywaczy używanych przez dłuższy okres czasu zwiększa oporność obwodu pierwotnego, co w sposób istotny obniża energię zapłonu. Większa oporność obwodu prądowego w wielu miejscach zmienia sygnał pierwotny zapłonu

(rys. 79). Ze wzglądu na mniejszy prąd pierwotny iprzed przerwaniem częściowo maleje szczyt napięcia samoindukcji występujący po prze­rwaniu, a równocześnie maleje pierwsza amplituda drgań. Mniejsza energia zapłonu ogranicza czas trwania iskry, a więc wcześniej na­stępuje nagły spadek napięcia sygnalizujący przerwanie prądu wtór-

Dohre Kcdpaicne w Silnie

małym ilopnia nadpalone

Rys. 79. Sygnał napięcia pierwotnego w przypadku zanieczyszczonych lub nadpalonych styków przerywacza

nego. Jednak najbardziej dostrzegalne jest to, że niepewne zwieranie i rozwieranie styków powoduje na początku i na końcu przedziału zwarcia niezdecydowany charakter .przejściowy sygnału. Dostrzegalne zniekształcenie sygnału w każdym przypadku wskazuje na usterkę sty­ków przerywacza.

Zniekształcenie sygnału, odpowiadające pozycji rozwarcia d zwarcia, przedstawione jest na rysunku w powiększeniu, na 'którym widać, w jaki sposób styki nadpalone w mniejszym lub większym stopniu zmieniają odcinek sygnału w porównaniu ze stanem ideal­nym.

Styki nadpalone ze względu na niewłaściwe zwarcie powierz­chni na ogół powodują intensywne iskrzenie, tak że sygnał ten wska­zuje zarazem na iskrzenie styków.

Spośród możliwych uszkodzeń kondensatora należy z góry wykluczyć całkowite zwarcie, ponieważ całkowite przewodnictwo to­warzyszące zwarciu, uniemożliwia pracę silnika, a w takim przypad­ku nie może być mowy o badaniu oscyloskopowym. Spośród innych możliwych usterek mogą być określone usterki izolacji, zerwanie prze­wodu kondensatora oraz wzrost oporności tego przewodu.

Pod względem elektrycznym przewodność towarzyszącą częś­ciowemu uszkodzeniu izolacji możemy traktować tak, jak gdybyśmy

podłączyli oporność równolegle do uzwojenia kondensatora (rys. 80 p. 1). Pojawiająca się tu przewodność w zależności od stopnia uszko-dzenia pogarsza'przerywanie oraz zmniejsza amplitudę drgań tłumio-

nych występujących po przerwaniu prądu pierwotnego. Stosownie do tego w obu tych odciekach drgania są niemal niewidoczne. Zerwanie przewodu wyprowadzenia może być natomiast po­traktowane tak, jak gdyby z kondensatorem była połączona szerego-wo nieskończenie wielka oporność (rys. 80 p. 2). Jeśli przewód nie jest

zerwany, a jedynie oporność przejścia przy końcówkach stykających się z uzbrojeniem lub młoteczkiem przerywacza wzrasta ponad wartość dopuszczalną, to wspomniana wyżej hipotetyczna oporność szeregowa również może przedstawiać stan elektryczny z tym tylko, że wartość jej będzie teraz skończona.

Na sygnale napięcia pierwotnego oscyloskopu usterka ta może być odróżniona od przewodności, ponieważ zależnie od wzrostu opox- ności wyprowadzenia maleją jedynie amplitudy drgań występujących po przerwaniu, podczas gdy drgania po przerwaniu prądu wtórnego pozostają praktycznie nie zmienione.

Częściowe uszkodzenie izolacji wewnętrznej cewki zapłonowej prowadzi do zwarcia między zwojowego w obwodzie pierwotnym lub wtórnym. Zwarcie międzyzwojowe z uwagi na niepożądaną przewod-ność między zwojami cewki znacznie obniża energię iskry. Jeśli uster­ka powstała w uzwojeniu .pierwotnym, wówczas prąd pierwotny, wzra­stający z uwagi na wypadające zwoje, imoże nawet zniszczyć cewkę. O ile ze względu na .wspomnianą wyżej obniżkę energii zapłonu zwar-cie międzyzwojowe uzwojenia pierwotnego wpływa bardzo nieznacz-nie na zmniejszenie amplitudy drgań tłumionych występujących po przerwaniu, o tyle w istotny sposób ogranicza drgania występujące po przerwaniu prądu wtórnego (rys. 81 p. 1).

Częstym zjawiskiem towarzyszącym jest wypalanie się styków narażonych na zbyt wielkie obciążenie na skutek zwiększonego prądu

— Diagnostyka samochodu

pierwotnego i wówczas na sygnale napięcia pierwotnego można wy­kryć zniekształcenia sygnału wskazujące na iskrzenie się styków. Zwarcie międzyzwojowe uzwojenia wtórnego może być wyodrębnione od poprzedniej usterki (irys. 81 p. 2), ponieważ zarówno na odcinku za uszkodzeniem uzwojenia wtórnego, jak i na odcinku po przerwaniu drganie prawie nie występuje.

Rys. 81. Sygnał napięcia pierwotnego w przypadku zwarcia międzyzwojowego uzwojenia pierwotnego 1 i wtórnego 2 cewki zapłonowej

Niekiedy zwarcie międzyzwojowe występuje jedynie po prze­kroczeniu określonej temperatury cewki zapłonowej lub Okresowo na skutek działania chwilowego obciążenia elektrycznego. Wykrywanie tego rodzaju usterek nie jest proste nawet za pomocą oscyloskopu, lecz na wszelki wypadek warto wiedzieć, że przez chwilowe zdejmo­wanie 'poszczególnych przewodów świecowych usterkę tę na ogół uda­je się ustabilizować.

Przy badaniu silników wielocylindrowych korzystne możli­wości stwarza wzajemne nakładanie się sygnałów napięcia pierwot­nego. Jeśli np. sygnały napięcia silnika czterocylindrowego umieści­my dokładnie jedne nad drugimi, to można natychmiast ocenić naj­mniejsze rozbieżności pomiędzy poszczególnymi cylindrami. Zdarza się często, że z powodu usterek fabrycznych lub zużycia omawianych części przerywanie prądu pierwotnego lub zwarcie młoteczka przery­wacza odpowiadające poszczególnym cylindrom następuje w sposób nie odpowiadający kątowi wycinka cylindrowego, co powoduje uster­ki (kątowe prowadzące do błędnego kąta wyprzedzenia zapłonu w cy­lindrach. Błędy ikątowe zapłonu mogą być bezpośrednio oszacowane na nałożonych na siebie rysunkach (rys. 82), ponieważ wówczas syg­nał napięcia pierwotnego w części odpowiadającej zwarciu przerywa­cza widoczny jest jaiko uskok. Niezależnie od przyczyny usterki uskok nie może przekroczyć wartości 3°.

Po nałożeniu na siebie zarysów napięcia przeskok stwierdzo­ny przy zwarciu przerywacza w zasadzie wskazuje na dwa rodzaje usterek. Błąd kątowy czyli uskok wystąpi wówczas, gdy kąty zwar­cia odpowiadające poszczególnym cylindrom nie są jednakowe, po­nieważ po przerwaniu spowodowanym w wymaganym położeniu ką-

Rys. 82. Ocena międzycylindrowego błędu kątowego za pomocą pierwotnego sygnału zapłonu

towym następują zwarcia w nierównych przedziałach czasowych (po­łożeniach kątowych). Natomiast przy całkowicie równych kątach zwarcia uskok wystąpi wówczas, gdy przerywania nie następują we i właściwych położeniach kątowych (np. w przypadku silnika czterocy-lindrowego co 90°). Obie usterki mogą być rozdzielone, ponieważ wy­łącznie w przypadku rozbieżności kątów zwarcia długość sygnałów napięcia, odpowiadająca poszczególnym cylindrom, jest mierzona cza­sowo lub w stopniach obrotu wału korbowego. Obie wielkości są jed­nakowe, co sprawia, że w prawym rogu ekranu sygnały kończą się w tym samym miejscu. Z drugiej strony ze względu na międzycy-lindrowy błąd kąta wyprzedzenia zapłonu długości sygnałów napięcia są rozbieżne i ich różnica jest dostrzegalna w prawym kącie ekra­nu. Rozbieżność kątowa zaznacza się zawsze przy prawej krawędzi ekranu z tego względu, że wzbudzenie (synchronizacja) promienia na-

Rys. 83. Sygnał napięcia pierwotnego przy przerywaniu obwodu wtórnego 115

stępuje przy wysokim napięciu wytworzonym przy przerwaniu, co sprawia, że ten odcinek sygnału napięcia znajduje się zawsze na wspomnianej części ekranu.

Przy badaniu sygnału napięcia pierwotnego należy wiedzieć, że może ibyć on również zmieniony przez oddziaływania wtórne. Dla przykładu wystarczy wspomnieć, że przy przerwaniu obwodu wtór­nego (irys. 83) sygnał napięcia pierwotnego pozbawiony jest tzw. na­pięcia łukowego, czyli że drgania występujące po przerwaniu biegną do końca linii podstawowej. Naturalnie z powodu .braku prądu wtór­nego nie występuje również drugie drganie tłumione.

Zestawienie usterek, które można ocenić z sygnału napięcia wtórnego, należy rozpocząć od błędu biegunowości pochodzącego z za­miany połączeń pierwotnych cewki zapłonowej. Pomiędzy uzwoje­niem pierwotnym i iwtórnym cewki zapłonowej, a więc pomiędzy sy­gnałem napięcia pierwotnego i wtórnego, istnieje różnica fazowa wy­nosząca 180°. Aby w stosunku do obrazu pierwotnego znajdującego się we właściwej pozycji sygnał w^Ttórny nie pojawił się w pozycji odwróconej, obwód prądowy oscyloskopu ma możliwość niezbędne­go odwrócenia fazy. Jeśli mimo to sygnał wtórny pojawi się w po­zycji odwróconej (rys. 84), wówczas oznacza to, iż odwrotnie podłą-

Rys. 84. Sygnał napięcia wtórnego przy odwrotnej biegunowości

czono 1. i 15. połączenie pierwotne cewki zapłonowej lub że zamon­towano cewkę zapłonową nie odpowiadającą danemu typowi samo­chodu.

Właściwa biegunowość wtórna konieczna jest ze względu na odpowiednio wielką energię iskry. Na elektrodach świecy zapłono­wej łuk -powstaje w ten sposób, że szczyt napięcia wtórnego prze­kracza odporność na przebicie elektryczne przestrzeni gazowej mię­dzy elektrodami, wytwarzają się w sposób nagły jony i poprzez wędrówkę jonów powstaje przewodnictwo elektryczne. O ile elektro­da o większej temperaturze uzyska potencjał dodatni, to wywrze to korzystny wpływ na proces wytwarzania jonów. W aspekcie więc maksymalnej energii łuku biegunowość elektryczna środkowej elek­trody świecy zapłonowej jest ustalona. Naturalnie nie należy przece-

niać znaczenia biegunowości wtórnej. Literatura fachowa wspomina niekiedy o 20—30% spadku energii zapłonu w przypadku odwróoo-nej biegunowości, jednak w rzeczywistości wynosi ona zaledwie kilka procent. Ponieważ ze względu na omawiane oddziaływania bieguno­wość wtórna jest określona, stąd do sieci akumulatorów o uziemie­niu dodatnim i ujemnym potrzebne są cewki zapłonowe o różnym wykonaniu.

Zerwanie uzwojenia wtórnego powoduje znaczne zniekształ­cenie sygnału (rys. 85). Do pewnego stopnia zerwanie nie powoduje unieruchomienia cewki zapłonowej, ponieważ wysokie napięcie wy-

Rys. 85. Sygnał napięcia wtórnego w przypadku zerwania uzwojenia wtórnego

tworzy łuk przez powstałą przerwę. Nie ma jednak potrzeby udowad­niać, że ten zbędny łuk w istotny sposób obniża energię wtórną oraz

że cewka zapłonowa, w której przy każdym zapłonie powstaje łuk elektryczny, nie może być uważana za niezawodną.

Parametry przerwy iskrowej powstającej w miejscu zerwa-

nia są pod względem elektrycznym zupełnie nieokreślone. W związku z tym pojawiające się kolejno wypalenia są bardzo rozbieżne i na sygnale napięcia wtórnego zamiast napięcia łukowego widoczny jest szereg skaczących linii zawężający się stopniowo w kierunku zwar­cia przerywacza.

Rys. 86. Sygnał zerwania przewodu centralnego cewki zapłonowej
117                           ' .,

Zerwanie lub poważniejsze uszkodzenie połączenia stykowe­go, tzw. przewodu centralnego pomiędzy rozdzielaczem zapłonu a cewką zapłonową, sygnalizowane jest zniekształceniem napięcia łukowego pomiędzy przerwaniem a zanikiem prądu wtórnego (rys. 86). W tym przypadku drganie tłumione następujące po szczycie napięcia wtórnego staje się nieuporządkowane, a ponadto zamiast odkreślone-go spadku napięcia towarzyszącego przerwaniu prądu wtórnego na ekranie widoczny jest fragment sygnału przerywanego składającego się z punktów.

W sieci wtórnej za rozdzielaczem zapłonu mogą wystąpić cztery zasadnicze rodzaje usterek: zerwanie całkowite, zerwanie częś­ciowe, zwarcie do masy i wreszcie zbyt wielka oporność.

W przypadku całkowitego zerwania obwodu wtórnego znacz­na nieciągłość powstająca w przewodzie świecy zapłonowej uniemoż­liwia wytwarzanie prądu wtórnego, na skutek czego w cylindrze od­powiadającym temu przewodowi łuk w ogóle nie powstaje. Przy bra­ku prądu wtórnego na sygnale napięcia nie ma napięcia łukowego

Rys. 87. Sygnał całkowitego zerwania obwodu wtórnego

(rys. 87) i po przerwaniu szczyt napięcia wtórnego przy stopniowo tłumionych drganiach osiąga linię podstawową.

W przypadku zwarcia przewodów wtórnych do masy, z po­wodu wyłączenia przerwy między elektrodami świecy zapłonowej, w znacznym stopniu maleje oporność uszkodzonego obwodu wtórnego. W tym przypadku energia zapłonu wyzwala się na opornikach prze­ciwzakłóceniowych i na przerwie iskrowej rozdzielacza zapłonu. Z powodu zmienionego obciążenia wtórnego z jednej strony w istot­ny sposób maleje średnie napięcie łukowe i odnośna część sygnału na­pięcia przebiega niżej (rys. 88), z drugiej strony ze względu na mniej­szą oporność obwodu wtórnego, prąd wtórny utrzymuje się w spo­sób trwały i tym samym długość napięcia łukowego znacznie wzrasta.

Oddziaływania częściowego zerwania lub uszkodzenia części opornika przeciwzakłóceniowego są niemal identyczne. W obu przy­padkach w konsekwencji oporności wtórnej większej od przeciętnej czas trwania prądu wtórnego, a wraz z nim długość łuku elektrycz-

nego, maleją, poza tym towarzyszy temu zjawisko wzrostu średniego napięcia łukowego. Zjawisko to tłumaczy się tym, że z powodu więk­szej oporności obwodu prądowego obciążenie cewki zapłonowej male­je, co prowadzi' do zwiększenia średniego napięcia łukowego. Prąd wtórny przerywany jest wówczas na wyższym poziomie energetycz­nym, co zmniejsza czas trwania łuku.

Rys. 88. Sygnał zwarcia do masy przewodów wtórnych

Mimo omawianego podobieństwa istotną rozbieżność stano­wi fakt, iż obwód wtórny wzrasta z opornością w jednym przypadku zmienną, w drugim zaś przypadku stałą w czasie. Przy częściowym zerwaniu przewodu świecy zapłonowej lub z powodu uszkodzenia opornika przeciwzakłóceniowego we wnętrzu przewodu powstaje lusterka ciągłości, przez którą napięcie wtórne przechodzi łukiem bez większych trudności, a więc w tym przypadku obwód wtórny uzysku­je dodatkową zbędną przerwę iskrową. Ponieważ oporność elektrycz­na każdej przerwy iskrowej po utworzeniu łuku raptownie maleje, a następnie stopniowo wzrasta, to łuk powstający w miejscu zerwa­nia w jeszcze większym stopniu uwydatnia ten efekt i tak już wi­doczny ze względu na świecę zapłonową. Wywiera to znaczny wpływ ma napięcie wtórne. W przypadku częściowego zerwania przewodu napięcie szczytowe wtórne występujące po przerwaniu nagle spada do poziomu napięcia łukowego, a następnie wykazuje tendencję lek­ko rosnącą w kierunku zakończenia łuku (rys. 89). Na niepożądany

łuk wskazuje więc charakter napięcia łukowego w przybliżeniu stały lub lekko rosnący w kierunku zakończenia iskry.

Uszkodzone lub niewłaściwe części opornika przeciwzakłóce­niowego zmieniają parametry obwodu wtórnego opornością niezależną od prądu wtórnego, stałą w czasie. Oddziaływanie indukcyjne towa­rzyszące przerwaniu wytwarza energię wtórną, którą można dokład­nie określić. Ta ilość energii wytwarza prąd wtórny, stopniowo ma­lejący na łańcuchu oporów omowych, o wartości stałej w czasie i prąd ten odniesiony do danej wartości oporności daje stopniowo ma­lejący spadek napięcia.

Jeśli oporność obwodu wtórnego wzrasta, a wartość R = const, to oddziaływanie zmiennej oporności między elektrodami świecy za­płonowej staje się mniej istotne i zjawiska opisane będą charaktery­zować zmienność w czasie prądu lub napięcia wtórnego. Zbyt wiel­ka oporność opornika przeciwzakłóceniowego oraz przejścia przez nie­właściwe styki mogą być więc określone z charakteru linii iskry (rys. 90), ponieważ wówczas szczyt napięcia wtórnego po przerwa­niu maleje stopniowo i napięcie łukowe osiąga załamanie oznacza-

v '

jące przerwanie prądu wtórnego, malejąc przy tym w sposób mono-toniczny. Z charakteru napięcia łukowego można jeszcze wniosko­wać odnośnie oporności obwodu wtórnego. Im większa jest oporność omowa obwodu wtórnego, tym wolniej maleje napięcie łukowe (rys. 91).

Oporność opornika przeciwzakłóceniowego powyżej pewnej
wartości obniża w sposób znaczny energię elektryczną zapłonu. Użyt­
kownicy samochodu zwykle zdają sobie z tego sprawę i w celu przy­
wrócenia energii zapłonu często bez rozwagi wymontowują części
opornika przeciwzakłóceniowego. Ponieważ obecnie przepisy zobowią­
zują do filtrowania zakłóceń w pojazdach, warto w tym miejscu za­
jąć się tym zagadnieniem trochę bliżej.             <• -

Oporności wmontowane przed i za miejscami wytwarzający­mi łuk elektryczny obniżają poziom zakłóceń radiowych zapłonu, ponieważ w ten sposób mogą być tłumione składowe sygnałów na^

:>.

Oporność szeregowo obwodu wtórnego

Rys. 91. Charakter napięcia wtórnego (linii iskrowej) przy różnych opornościach obwodu prądowego

pięcia reprezentujące szerokie widmo częstotliwości i wówczas pro­mieniowanie wysokiej częstotliwości przewodów wtórnych maleje do minimum. Jednak do każdego obwodu wtórnego może być wbudo­wana jedynie ograniczona wartość oporności. Praktyka oparta na wy­nikach pomiarów wykazuje, że całkowita oporność części opornika przeciwzakłóceniowego przypadająca na obwód prądowy może osiąg­nąć wartość zawartą w przedziale 3000—15 000 omów. Powyżej gór­nej wartości tego przedziału (15 000 Q) wpływ oporności opornika przeciwzakłóceniowego jest już dla zapłonu szkodliwy.

Na terenie kraju filtracja zakłóceń stwarza problemy z tego względu, że na rynek przekazywane są sylity o oporności jedynie 10 000 omów. Ponieważ do tłumienia każdego obwodu wtórnego po­trzebne są co najmniej 3 oporności —; w przewodzie centralnym, w przewodzie świecy zapłonowej i w łączniku świecy zapłonowej — stąd bez przekroczenia górnej granicy dopuszczalnej tłumienie jest właściwie problemem nie do rozwiązania.

Często zdarza się, że z powodu uszkodzenia mechanicznego regulatora wyprzedzenia zapłonu lub na skutek niewłaściwego połą­czenia wałka rozdzielacza zapłonu, wyprzedzenie zapłonu cylindrów

zmienia się w sposób nieuporządkowany. Tego rodzaju usterki mogą być bardzo dobrze ocenione na obrazie wtórnym. Wyprzedzenie za­płonu zmieniające się w sposób dowolny z ipowodu połączenia luź­nego jest łatwo dostrzegalne na nakładanych na siebie obrazach wtórnych, ponieważ w tym przypadku zwarcia młoteczka przery­wacza, odpowiadające poszczególnym cylindrom, nie pokrywają się wzajemnie (rys. 92).

Na sygnale napięcia wtórnego może być również oceniona znaczna część omówionych poprzednio usterek obwodu pierwotnego zapłonu. Możliwości te przeprowadzający badanie musi znać, bowiem o ile przy badaniu obwodu pierwotnego nie zauważy jakiejś pod­stawowej usterki, to później zakłócenie pierwotne zauważone ewen­tualnie na sygnale wtórnym oceni jako usterkę wtórną. Usterki sty­ków obwodu pierwotnego wywołują sygnały zakłócające na odcinku sygnału wtórnego odpowiadającemu zakresowi zwarcia (rys. 93). Wewnątrz zakresu zwarcia przerywacza sygnały te nie mają okreś-

lonego usytuowania i zwykle z powodu wstrząsów silnika mogą być oceniane w dowolnym momencie.

Przy zwarciu międzyzwojowym uzwojenia pierwotnego po­dobnie jak na obrazie pierwbtnym brak jest wahań występujących po przerwaniu oraz drgań tłumionych towarzyszących przerwaniu prądu wtórnego. Część sygnału napięcia wtórnego odpowiadająca na-

Rys. 94. Sygnał zwarcia uzwojenia pierwotnego cewki zapłonowej 122

pięciu łukowemu w znacznym stopniu ulega zniekształceniu i prze­biega bez wahań (rys. 94). Na sygnale napięcia wtórnego może być również wykazane działanie spalonych styków przerywacza zmienia­jących energię zapłonu (rys. 95). Z powodu złego styku zwarcie jest nieokreślone, toteż towarzyszące temu zjawisko wahania, sygnalizu­jąc usterkę styków, ma większą ilość dużych amplitud początkowych. W tym przypadku również przerwanie staje się niepewne. Z powodu

Rys. 95. Sygnał zapłonowy wtórny zanieczyszczonych lub nadpalonych styków przerywacza

niepewnego przerwania napięcie szczytowe wtórne towarzyszące prze­rwaniu prądu pierwotnego stopniowo podnosi się z krzywej zmniej­szając przy tym swoją wartość.

Jedną z największych zalet badania oscyloskopowego zapłonu stanowi możliwość oceny na każdym cylindrze szccyłu napięcia wtórnego, ipojawiającego się na świecach zapłonowych. Celowe jest wykonanie tego pomiaru za pomocą obrazów seryjnych tak, aby syg-

Rys. 96. Obraz seryjny do oceny szczytowych napięć wtórnych 123

nały napięcia wtórnego cylindrów były również dostrzegalne osobno w kolejności zapłonu (rys. 96).

Ponieważ szczyt napięcia jest bardzo stromy i na ekranie oscyloskopu przedstawiałby linię bardzo cienką — z daleka niewi­doczną — toteż pomysłowe rozwiązanie elektryczne nowoczesnych oscyloskopów do badania zapłonu stwarza możliwość dostrzegania tych sygnałów.

W przypadku większości urządzeń stosuje się tego rodzaju rozwiązanie obwodu prądowego, które przy napięciu ponad 2 kV w sposób automatyczny odchyla promień elektronu tak, że przy pio­nowym wychyleniu promienia średnica punktu świetlnego stopniowo wzrasta. W ten sposób niezwykle strome szczyty napięcia wtórnego wytwarzają rozszerzające się ku górze wachlarzowate sygnały, które już nawet z daleka mogą być dokładnie oceniane. Do określania na­pięcia szczytowego wtórnego na ekranie lampy katodowej umieszcza się skalę o zakresie 0—15 kV lub 0—30 kV.

Można przyjąć jako zasadę ogólną, że napięcie szczytowe wtórne silnika pracującego z obwodem wtórnym i świecami zapło­nowymi znajdującymi się w stanie idealnym, w każdym razie nie może przekroczyć wartości 10 kV. Ponadto maksymalna wartość roz­bieżności między cylindrami nie może przekraczać ±1,5 kV.

Naturalnie dla różnych typów silnika odnośne przepisy za­wierają również bardziej dokładne wartości z zaznaczeniem rzeczy­wistego napięcia wtórnego w stanie obciążenia.

Jeśli napięcia szczytowe wtórne przekraczają podane war­tości graniczne, należy znaleźć przyczynę usterki.

Napięcie szczytowe wtórne, różniące się. od przepisowego^ wiąże się zwykle z niewłaściwą przerwą między elektrodami świec

Rys. 97. Sygnał zbyt małej przerwy między elektrodami świecy zapłonowej

zapłonowych. Jeżeli odległość między elektrodami jest mniejsza od właściwej, to oczywiście szczyt napięcia wtórnego maleje (rys. 97). Przy poszukiwaniu uszkodzonej świecy zapłonowej należy jednak znać kolejność zapłonów silnika, ponieważ na ekranie oscyloskopu sygnały pojawiają się w kolejności zapłonu. Na prawej, krawędzi

ekranu znajduje się napięcie szczytowe wtórne cylindra synchroni­zującego (sterującego), natomiast pozostała część sygnału napięcia na­leżąca do tego cylindra znajduje się już przy lewej krawędzi ekranu. Podział sygnału sterującego napięcia na dwie części tłumaczy się tym, że panujące tu wysokie ciśnienie skierowuje promień do po­zycji zasadniczej (lewa strona ekranu) i inicjuje odchylenie. Następ­nie sygnały napięcia występują już w kolejności zapłonu. Załóżmy dla oceny (rys. 97), że kolejność zapłonów badanego silnika jest 1—3—4—2. W tym przypadku można stwierdzić, że napięcie wtór­ne 4. cylindra, z powodu odległości między elektrodami mniejszej od wymaganej, odbiega od wartości szczytowych pozostałych cylindrów. Do ok. 3 kV obniżka napięcia wtórnego jest niemal proporcjonalna do odległości między elektrodami.

Napięcie wtórne, większe od wymaganego, przedstawia na rysunku 98 część sygnału należącą do 4. cylindra. Zjawisko to tłu­maczy się zbyt wielką odległością między elektrodami.

Rys. 98. Sygnał zbyt dużej przerwy między elektrodami świecy zapłonowej

Jeśli poprzednio nie zbadaliśmy przewodów obwodu wtór­nego, wówczas naturalnie może się zdarzyć, że duże napięcie szczy­towe ma związek z częściowym lub całkowitym zerwaniem przewodu. W przypadku dłuższego użytkowania świec zapłonowych może się również zdarzyć, że w znacznym stopniu zużyta i stosownie do tego cieńsza elektroda masowa ulega złamaniu i sygnał napięcia pokonu­je całkowite zerwanie.

Stosownie do obecnie rozpowszechnionej praktyki przy oce­nie świec zapłonowych mierzy się odległość między elektrodami i w przypadku usterki odległość tę ustawia się na właściwy wymiar. W tym sensie pomiar oscyloskopowy przynosi niekiedy ciekawe wyni­ki, może się bowiem zdarzyć, że przepisowemu wymiarowi szczeliny odpowiada niewłaściwe napięcie wtórne. W celu wyjaśnienia pozor­nej sprzeczności należy zwrócić uwagę na to, że przy danym wy­miarze szczeliny wytrzymałość na przebicie warstwy gazu między elektrodami zależy nie tylko od parametrów tej warstwy, lecz rów-

nież w znacznym stopniu od ukształtowania geometrycznego elektrod. Znaczną rolę odgrywają tu między innymi skutki zużycia mogące spo­wodować istotne zmiany kształtu elektrod.

Ponieważ energia iskry zależy nie tyle od odległości mię­dzy elektrodami, co raczej od wytrzymałości na przebicie warstwy między elektrodami, stąd przy badaniu oscyloskopowym musimy sta­rać się o wytworzenie właściwego napięcia szczytowego wtórnego.

Przy badaniu napięcia szczytowego wtórnego należy wziąć pod uwagę, że jeden z obwodów wtórnych jest do pewnego stopnia obciążony sondą synchronizującą oscyloskopu. Ponieważ odchylenie poziome inicjowane jest impulsem napięcia wtórnego cylindra syn­chronizującego, stąd to napięcie szczytowe widoczne jest na lewej krawędzi ekranu, a napięcie łukowe, odpowiadające kształtowi sygna­łu, kontynuowane jest na początku ekranu. Napięcie szczytowe wtór­ne cylindra zastosowanego do synchronizacji, ze względu na wspo­mniane już wcześniej obciążenie, może być dokładnie ocenione je­dynie wówczas, o ile na okres trwania badania przemieścimy czuj­nik synchronizujący do innego obwodu wtórnego.

Pomiar napięcia szczytowego stwarza również możliwość oceny cewki zapłonowej, ponieważ napięcie szczytowe bez obciążenia charakteryzuje stan cewki. W celu dokonania pomiaru należy z ja­kiejkolwiek świecy zapłonowej zdjąć końcówkę przewodu wysokiego napięcia zwracając uwagę na to, aby w tym obwodzie wtórnym nie mógł powstać prąd wtórny. W cewce zapłonowej w idealnym stanie napięcie wtórne powinno wówczas wzrosnąć co najmniej o 10 kV w porównaniu ze stanem obciążenia (rys. 99). Wytworzenie napięcia

Rys. 99. Pomiar szczytowego napięcia wtórnego bez obciążenia

szczytowego bez obciążenia stwarza również możliwość przeprowa­dzenia kontroli izolacji niezbędnej w obwodzie wtórnym. Napięcie szczytowe wtórne powstające przy zdjęciu ze świecy zapłonowej koń­cówki przewodu wysokiego napięcia obciąża izolację i jeśli gdziekol­wiek następuje przebicie, to jest ono sygnalizowane nagłym spad­kiem napięcia szczytowego wtórnego.

Pomiar odległości między elektrodami głowicy rozdzielacza zapłonu za pomocą oscyloskopu jest niezmiernie prosty. Przed po­miarem zdejmujemy izolowanymi kleszczami przewód świecy zapło­nowej dowolnego cylindra, następnie koniec przewodu od strony świe­cy uziemiajmy (rys. 100). W badanym obwodzie wtórnym pozostaje wówczas tylko jedna przerwa iskrowa — rozdzielacza — a napięcie

po uziemieniu przewodu Rys. 100. Kontrola przerwy iskrowej rozdzielacza zapłonu

szczytowe wtórne pojawiające się na ekranie sygnalizuje drogą po­średnią długość łuku. Niezależnie od typu głowicy rozdzielacza za­płonu obowiązuje przepis, że zmierzone w taki sposób napięcie szczy­towe wtórne nie może przekroczyć 3,5 kV. Jeśli zmierzymy wartość większą oznacza to, że rozdzielacz zapłonu jest uszkodzony.

Przy wykonywaniu pomiaru należy jednak mieć na uwadze fakt, iż oporność opornika przeciwzakłóceniowego umieszczonego w przewodzie wtórnym może utrudniać ocenę, ponieważ z powodu więk­szej oporności całkowitej obwodu prądowego napięcie szczytowe mie­rzone przy zwarciu świecy zapłonowej wzrasta. W celu uniknięcia pomyłek tego rodzaju celowe jest, aby przed pomiarem zwarte na krótko przewody cylindra zastąpić przygotowanymi wcześniej prze­wodami kontrolnymi bez oporności opornika przeciwzakłóceniowego.

Przy kontroli napięć wtórnych należy bezwzględnie wziąć pod uwagę, że napięcie szczytowe mierzone na elektrodach świecy zapłonowej — które właściwie jest równe napięciu granicznemu prze­bicia ośrodka znajdującego się między elektrodami — jest również zmieniane ciśniendem szczytowym sprężania wytwarzanym w cy­lindrze i zawartością paliwa w mieszance dostarczanej przez gaźnik. Obniżenie ciśnienia sprężania oraz wzbogacenie mieszanki dostarczo­nej przez gaźnik zmniejsza napięcie szczytowe, natomiast obniżenie koncentracji paliwa w mieszance zwiększa napięcie szczytowe, od­powiadające danemu wymiarowi przerwy. Stosownie do tego może się zdarzyć, że na doskonale wyregulowanych elektrodach świecy zapłonowej mierzymy napięcie mniejsze lub większe od średniego.

Omawiane oddziaływania stwarzają również możliwość przeprowa­dzenia niektórych czynności kontroli silnika.

W silnikach pracujących z dwoma lub więcej gaźnikami często się zdarza, że mieszanki paliwowo powietrzne cylindrów po­łączonych z poszczególnymi kanałami dolotowymi są różne. Różnice w składach mogą wynikać z nierównomiernej regulacji gaźników lub mogą być one spowodowane również niewłaściwym zestrojeniem gaź­ników, czyli różnymi ustawieniami przepustnic. Sytuacja taka wy­stępuje bardzo często, ponieważ dokładna regulacja i dobra koordy­nacja pracy gaźników jest możliwa jedynie przy zastosowaniu od­powiednich przyrządów, których najczęściej brakuje.

Oddziaływanie rozbieżności w składach mieszanki może być dokładnie ocenione na ekranie oscyloskopu do kontroli zapłonu (rys. 101). Jeśli przyjmiemy, że obraz wtórny przedstawia silnik czte-rocylindrowego dwugaźnikowy o kolejności zapłonów 1—3—4—2; to

Rys. 101. Wpływ składu mieszanki na napięcie szczytowe

biorąc pod uwagę omawiane oddziaływania można stwierdzić, że mieszanka gaźnika dostarczana do cylindra L i 2. jest bogata, a mie­szanka dostarczana do cylindra 3. i 4. jest uboga. Należy tu ponownie wskazać na pewną ciekawą •możliwość. Jeśli koncentracja paliwa obu gaźników jest całkowicie identyczna, lecz położenia przepustnic na skutek niewłaściwego zestrojenia są różne, to przy danych obrotach podciśnienia w kanałach dolotowych będą różne.

W konsekwencji zmiany ciśnienia w kanale dolotowym ulega również zmianie ciśnienie szczytowe sprężania w cylindrach w ten sposób, że w cylindrach odpowiadających gaźnikowi z przepustnicą mniej otwartą ciśnienie to będzie niniejsze, natomiast w cylindrach odpowiadających gaźnikowi z przepustnicą bardziej otwartą ciśnie­nie będzie większe. Jest to widoczne również ze szczytów napięcia wtórnego, mianowicie wyższe ciśnienie sprężania odpowiadające bar­dziej otwartej przepustnicy zwiększa napięcie szczytowe wtórne, zaś

niższe ciśnienie sprężania odpowiadające mniej otwartej przepustnicy zmniejsza to napięcie.

Związek między napięciem szczytowym a ciśnieniem wew­nętrznym cylindra stwarza także możliwość oceny szczelności cylin­drów. Najmniejsza nieszczelność silnika, pracującego przy obrotach biegu jałowego — na skutek znacznego podciśnienia w kanale dolo­towym i małych obrotów — powoduje znaczne straty. Jeśli w sil­niku tym zwiększymy obroty, to na skutek otwarcia przepustnicy i mniejszych okresów cyklów odpowiadających większym obrotom straty wynikające z nieszczelności gwałtownie maleją, co sygnalizu-je większe ciśnienie sprężania w cylindrze.

Stan cylindrów możemy oceniać w ten sposób, że przed po­miarem uruchamiamy silnik przy obrotach biegu jałowego (rys. 102) i badamy, czy napięcia szczytowe wtórne odpowiadające poszczegól-

Kąt zwarcia

Rys. 102. Ocena stanu cylindrów na podstawie zmiany napięcia szczytowego

nym cylindrom spełniają wymagania omówione wyżej. Jeśli zapłon jest prawidłowy, to zwiększamy obroty do ok. 2500 obr/min i wów­czas napięcia szczytowe wtórne nie mogą przekroczyć wartości gra­nicznej wynoszącej 15 kV. Jeśli szczelność cylindra jest niewłaściwa, a napięcie wtórne przy obrotach biegu jałowego znajduje się na wymaganym poziomie, to z uwagi na zmianę ciśnienia sprężania to­warzyszącą wzrostowi obrotów, napięcie wtórne osiąga wartość po­wyżej 15 kV.

CHARAKTERYSTYKI PRZYRZĄDÓW STOSOWANYCH DO CAŁKOWITEJ KONTROLI ZAPŁONU

Mimo znacznych możliwości pomiarowych oscyloskopów do kontroli zapłonu nie zaspokajają one wszystkich potrzeb w zakresie pomiarów wchodzących w zakres diagnostyki. Z tego względu na li-

9 — Diagnostyka samochodu

niach badań przyrządowych zajmujących się diagnostyką stosuje się cały zestaw przyrządów do badania silnika.

W tego rodzaju zestawie przyrządów poza oscyloskopem do kontroli zapłonu znajduje się kombinowany miernik napięcia i natę­żenia prądu (do oceny sieci zasilającej), stroboskop (do pomiaru kąta wyprzedzenia zapłonu) wyposażony w obwód prądowy opóźniający, urządzenie elektroniczne do wyłączania zapłonów (stosowane do wy­kazywania rozbieżności mocy między cylindrami), analizator spalin (niezbędny przy badaniu gaźników), podciśnieniomierz, ciśnieniomierz i obrotomierz elektryczny, a ponadto niekiedy również próbnik szczel­ności cylindrów. Ilość przewodów połączeniowych całego zestawu, niezbędna przy pełnym badaniu zapłonu i do niektórych czynności kontrolnych silnika, zależy od ilości możliwych do wykonania zadań pomiarowych. Ponieważ czas przygotowawczy niezbędny do przepro­wadzenia połączeń w istotny sposób zwiększa czasochłonność całko­witą, w przypadku nowoczesnego zestawu przyrządów dąży się do tego, aby ilość przewodów pomiarowych i innych połączeń ograniczyć do minimum.

Obecnie za nowoczesny uważa się taki zestaw przyrządów, który do przeprowadzenia podstawowych pomiarów wymaga maksi­mum 5 połączeń elektrycznych i 2 innych połączeń (rys. 103). W tym przypadku podział połączeń jest następujący: do całkowitego urucho­mienia oscyloskopu, stroboskopu wyposażonego w obwód prądowy

Rys. 103. Połączenie z silnikiem urządzenia do kontroli zapłonu

i silnika

opóźniający, obrotomierza oraz obwodu prądowego stosowanego do oceny rozbieżności mocy między cylindrami — po jednym przewo-dzie uziemiającym 4, sonda pierwotna 1, wtórna 5 i synehronizują-ca 2, przewód wskaźnika napięcia 3, jak również przewód rurowy analizatora spalin i podciśnieniomierza. Ponadto może jeszcze dojść

Rys. 104. Urządzenie Crypton BDX-118 do kontroli zapłonu i silnika

Rys. 105. Urządzenie Bosch do kontroli zapłonu i silnika

1 połączenie do amperomierza i 1 połączenie do pneumatycznego próbnika szczelności cylindrów.

Zestawy przyrządów do kontroli zapłonu i silnika mogą być efektywnie wykorzystywane jedynie wówczas, gdy będą stosowane wyłącznie do zadań diagnostycznych, a więc do wykrywania usterek. Na stanowisku wyposażonym w ten stosunkowo kosztowny zestaw przyrządów nie jest celowe przeprowadzanie naprawy, ponieważ nie pozwoli to na wykorzystanie wydajności przyrządu. Celowe jest obni­żanie czasu przejścia wszelkimi możliwymi sposobami i z tego wzglę-

du pomiar powinien być przeprowadzany według ściśle sprecyzowa­nej instrukcji technologicznej przez dobrze wyszkolonego fachowca, ponadto jest rzeczą korzystną przygotowanie odpowiedniego formula­rza do notowania wyników, który stanowiłby świadectwo dla zainte­resowanego.

Z punktu widzenia technologicznego uniwersalne urządzenie do kontroli zapłonu i silnika jest zestawem zdecydowanie diagno­stycznym, a po naprawie wykrytych usterek w celu dokonania ewen­tualnych regulacji stosowane są przyrządy pomiarowe przenośne. Szczegółowe omawianie zestawów przyrządów produkowanych obec­nie w kraju i za granicą przekraczałoby ramy tej książki, toteż ograniczymy się do pokazania fotografii dwóch sprawdzonych zesta­wów (rys. 104 i 105).

Należy tu zaznaczyć, że pomiędzy zestawami przedstawiony­mi a znajdującymi się obecnie w handlu, o podobnym przeznaczeniu, pod względem elektrycznym nie ma prawie żadnych różnic. Jedyne różnice dotyczą zazwyczaj urządzeń obsługowych (wyłączniki stop­niowe, przyciski itp.) oraz przyrządów wskaźnikowych.