Osvětlení Elektrika Elektronika Thermomanagement Podpora prodeje Technicý servis Naše nápady Váš úspěch Zapalovací cívky v motorovém vozidle Funkce, diagnóza, vyhledávání závad Nápady pro automobil budoucnosti
Obsah Strana 2 Konstrukce zapalovací cívky 3 Zapalovací cívky pro zapalovací zařízení s rotujícím rozdělováním vysokého napětí, Zapalovací cívky s dvojitou jiskrou 4 Zapalovací cívky s dvojitou jiskrou, zapalovací cívky se čtyřnásobnou jiskrou 5 Zapalovací cívky s jednoduchou jiskrou 6 Možné příčiny výpadku, diagnostika 6 7 Diagnóza 8 13 Praktický příklad diagnostiky závad v každodenní praxi autoservisu 13 Bezpečnostní pokyny 14 15 Diagram vyhledávání závad zapalovací cívky Zdrojové údaje: Obrázky (1 6 upraveny) z oboru automobilové techniky, 28. vyd. 2004, nakladatelství Europa-Lehrmittel. Konstrukce zapalovací cívky Konstrukce běžné zapalovací cívky se do značné míry podobá konstrukci transformátoru. Úkolem zapalovací cívky je, indukovat z nízkého napětí vysoké napětí. Důležitými součástmi je kromě železného jádra primární vinutí, sekundární vinutí a elektrické přívody. Úkolem lamelového železného jádra je zesilování magnetického pole. Kolem tohoto železného jádra je tenké sekundární vinutí. Obsahuje izolovaný měděný drát o tloušťce cca 0,05 0,1 mm s až 50 000 vinutími. Primární vinutí se skládá z lakovaného měděného drátu o tloušťce cca 0,6 0,9 mm a je navinuto přes sekundární vinutí. Ohmický odpor cívky je u primární části cca 0,2 3,0 Ω a u sekundární části cca 5 20 kω. Poměr vinutí primárního k sekundárnímu vinutí je 1:100. Technická konstrukce se může měnit v závislosti na oblasti použití zapalovací cívky. Obr. 1: Konstrukce zapalovací cívky 1. Železné jádro 2. Izolační hmota 3. Zalévací hmota 4. Sekundární vinutí 5. Primární vinutí 6. Plechový plášť 7. Upevňovací spona 8. Kryt 9. Pružinový vysokonapěťový kontakt 10. Izolační víko 11. Izolační materiál 12. Vysokonapěťový výstup A. Svorka 15 B. Svorka 4 C. Svorka 1 Elektrické přípojky jsou označeny u konvenční válcové zapalovací cívky svorkou 15 (napájení), svorkou 1 (přerušovač zapalování) a svorkou 4 (vysokonapěťová přípojka). Primární vinutí je spojeno se sekundárním vinutím pomocí společné přípojky vinutí se svorkou 1. Toto společné spojení je označováno jako úsporné zapojení a používá se ke snadnějšímu uspořádání cívky. Primární proud, který protéká primárním vinutím, je zapojován nebo odpojován přerušovačem zapalování. Velikost proudu je určena odporem cívky a připojeným napětím na svorce 15. Přerušovačem způsobená velmi rychlá změna směru proudu změní magnetické pole cívky a indukuje napěťový impuls, který je transformován sekundárním vinutím na vysokonapěťový impuls. Ten se dostává zapalovacím kabelem do jiskřiště zapalovací svíčky, aby tak mohlo dojít v zážehovém (Ottově) motoru k zapálení směsi paliva a vzduchu. Velikost indukovaného vysokého napětí závisí na rychlosti změny magnetického pole, počtu vinutí sekundární cívky a intezitě magnetického pole. Otevírací indukované napětí primárního vinutí je 300 až 400 voltů. Vysoké napětí sekundární cívky může být v závislosti na zapalovací cívce až 40 KV. 2
Zapalovací cívky pro zapalovací zařízení s rotujícím rozdělováním vysokého napětí Tyto válcové zapalovací cívky se používají u vozidel s rozdělovačem zapalování v zapalovacích zařízeních ovládaných kontaktem nebo tranzistorem. Třípólová elektrická přípojka odpovídá přípojce konvenční zapalovací cívky. Do primárního proudového obvodu se přivádí napájení přes svorku 15. Ke svorce 1 zapalovací cívky se připojí přerušovač, který napájí primární vinutí s kostrou. Vysokonapěťový rozvod rozdělovače se připojí ke svorce 4. Zatímco u starších vozidel jsou používány konvenční zapalovací cívky, v současnosti se u vozidel s tranzistorovým zapalováním používají zapalovací cívky s integrovanými spínači. 15 1 4 Obr.: Zapalovací cívka Zapalovací cívky s dvojitou jiskrou Cívky s dvojitou jiskrou jsou instalovány do zapalovacích zařízení se statickým rozdělováním vysokého napětí. Tyto zapalovací cívky se používají u motorů se sudým počtem válců. Primární vinutí a sekundární vinutí cívky s dvojitou jiskrou mají vždy dvě přípojky. Obr. 2: Cívka s dvojitou jiskrou 1. Vysokonapěťové přípojky 2. Nízkonapěťová přípojka 3. Sekundární vinutí 4. Primární vinutí 5. Železné jádro Primární vinutí je připojeno ke svorce 15 s napájením (plus) a ke svorce 1 (kostra) s výstupním stupněm spínací nebo řídicí jednotky zapalování. Sekundární vinutí je připojeno k výstupům (4 a 4a) na zapalovacích svíčkách. U těchto systémů jsou napájeny vysokým napětím vždy dvě zapalovací svíčky z jedné zapalovací cívky. Vzhledem k tomu, že zapalovací cívka generuje dvě jiskry současně, musí být jedna zapalovací svíčka umístěna v pracovním cyklu válce a druhá musí být umístěna s přesazením o 360 ve výfukovém cyklu. U čtyřválcového motoru jsou například válce 1 a 4 připojeny na jednu zapalovací cívku, jakož i válce 2 a 3. Zapalovací cívky jsou ovládány výstupními prvky zapalování v řídicí jednotce. To obdrží ze snímače klikového hřídele signál OT, aby mohlo začít s ovládáním správné zapalovací cívky. 3
Zapalovací cívka s dvojitou jiskrou Obr. 3: Systém zapalování s cívkou s dvojitou jiskrou 1. Řídicí jednotka elektronického zapalování 2. Zapalovací cívka 3. Zapalovací svíčky Zapalovací cívky se čtyřnásobnou jiskrou Cívky se čtyřnásobnou jiskrou nahrazují v motorech se čtyřmi válci dvě cívky s dvojitou jiskrou. Tyto cívky jsou vybaveny dvěmi primárními vinutími, která jsou vždy ovládána jedním koncovým stupněm řídicí jednotky. Sekundární vinutí je použito pouze jedno. Na jeho výstupech jsou vždy dvě přípojky pro zapalovací svíčky, které jsou zapojeny pomocí diodových kaskád v opačném směru. Obr. 4: Systém zapalování s cívkou se čtyřnásobnou jiskrou 1. Řídicí jednotka elektronického zapalování 2. Zapalovací cívka 4
Zapalovací cívky s jednou jiskrou U systémů se zapalovacími cívkami s jednou jiskrou je každému válci přiřazena jedna zapalovací cívka s primárním a sekundárním vinutím. Tyto zapalovací cívky jsou zpravidla instalovány přímo na válcové hlavě nad zapalovací svíčkou. Také tyto cívky jsou spojeny s primárním vinutím na svorce 15 (napájení plus) a na svorce 1 (kostra) s řídicí jednotkou. Sekundární vinutí je spojeno s výstupem svorky 4 na zapalovací svíčce. Pokud je navíc svorka 4b, pak je tato přípojka použita ke kontrole vynechání zapalování. Ovládání je provedeno v pořadí stanoveném řídicí jednotkou. Zapojení cívky s jednoduchou jiskrou je shodné se zapojením běžné zapalovací svíčky. Navíc je v sekundárním proudovém obvodu použita vysokonapěťová dioda k potlačení tak zvané vedlejší jiskry. Nežádoucí jiskra, vznikající při zapojení primárního vinutí vlastní indukcí v sekundárním vinutí, je potlačena touto diodou. To je možné, protože sekundární napětí vedlejší jiskry má opačnou polaritu než zapalovací jiskra. V tomto směru je dioda uzavřená. Obr. 5: Cívka s jednou jiskrou 1. Nízkonapěťová přípojka 2. Sekundární vinutí 3. Vysokonapěťová přípojka 4. Zapalovací svíčka 5. Primární vinutí 6. Železné jádro U cívek s jednoduchou jiskrou je druhý výstup sekundárního vinutí připojen svorkou 4b ke kostře. Ke kontrole jiskry je do vedení kostry instalován měřicí odpor, který prezentuje řídicí jednotce pokles napětí, který vytváří zapalovací proud během přeskočení jiskry, jako měrnou veličinu. Obr. 6: Systém zapalování s cívkami s jednoduchou jiskrou 1. Řídicí jednotka elektronického zapalování 2. Zapalovací svíčky 5
Možné příčiny výpadků Interní zkraty Přehřívání cívky způsobené procesem stárnutí, vadným zapalovacím modulem nebo vadným koncovým (výstupním) stupněm v řídicí jednotce. Porucha v napájení Následkem příliš nízkého napájení je zvyšování doby nabíjení cívky. To může vést k předčasnému opotřebení nebo k přetížení spínací jednotky zapalování nebo koncových stupňů v řídicí jednotce. Příčinou může být vadná kabeláž nebo slabá baterie. Obr.: Zkrat Mechanická poškození Poškození zapalovacího rozvodu prohryzáním od kuny. Vadná těsnění víka ventilů s následným únikem motorového oleje může poškodit cívky v objímce pro svíčky. Obě příčiny vedou k jiskření a jejich následkem je předčasné opotřebení. Vadný kontakt Přechodové odpory kabeláže, způsobené vnikající vlhkostí v primární a sekundární části, jsou často zesíleny následkem čištění motoru nebo v zimě používáním posypové soli. Obr.: Vadný kontakt Závada se může projevit takto: Motor nelze nastartovat Vynechává zapalování motoru vozidla Špatná akcelerace nebo ztráta výkonu Řídicí jednotka motoru přepne do nouzového režimu Svítí kontrolka motoru Uložení chybového kódu Obr.: Výpadek Diagnostika Stav po vymontování Ke zkontrolování zapalovací cívky jsou k dispozici různé možnosti: Pomocí ohmmetru zkontrolovat odporové hodnoty cívek. V závislosti zapalovacím zařízení a konstrukčním tvaru zapalovací cívky platí následující směrné hodnoty: (dodržovat údaje od výrobce) Zapalovací cívka válce (tranzistorové zapalovací zařízení) Primární: 0,5 Ω 2,0 Ω Sekundární: 8,0 kω 19,0 kω 6
Stav po vymontování Zapalovací svíčka válce (Elektronické zapalovací zařízení se zapalováním podle víceparametrové charakteristiky) Primární: 0,5 Ω 2,0 Ω Sekundární: 8,0 kω 19,0 kω Cívka s jednoduchou jiskrou nebo cívka s dvojitou jiskrou (plně elektronické zapalovací zařízení) Primární: 0,3 Ω 1,0 Ω Sekundární: 8,0 kω 15,0 kω Tip z praxe Upozornění: Pokud se má v zapalovací svíčce instalovat vysokonapěťová dioda k potlačení jiskření, není možné realizovat odporové měření sekundární cívky. V takovém případě si můžete pomoci takto: Připojením voltmetru do série se sekundárním vinutím zapalovací cívky k baterii. Pokud bude baterie připojena ve volném směru diody, musí voltmetr ukazovat napětí. Po přepólování přípojek ve směru blokování diodou nesmí být indikováno žádné napětí. Pokud se nezobrazí žádné napětí v obou směrech, lze vycházet z přerušení v sekundární oblasti. Pokud se zobrazí napětí v obou směrech, je vysokonapěťová dioda vadná. Stav po namontování Lze provádět následující kontroly: Kontrola zapalovací cívky, zda není mechanicky poškozená. Kontrola krytu, zda nedošlo k vlasovým trhlinám nebo zda neuniká zalévací hmota. Kontrola elektrické kabeláže a konektorů, zda nejsou poškozené nebo zoxidované. Kontrola napájení zapalovací cívky. Diagnostickým přístrojem načíst informace z paměti chybových hlášení. Řízení motoru s kontrolou zapalování. Zobrazení průběhu vysokého napětí osciloskopem nebo zapalovacím osciloskopem. Při všech kontrolních pracích na zapalovacím zařízení nesmíte zapomínat na to, že chyby, které se během kontroly zjistily pomocí osciloskopu, nevznikly pouze následkem problému s elektronikou, nýbrž mohou mít příčinu vzniku i v mechanické oblasti motoru. To může být na příklad, pokud je u válce příliš nízká komprese, tím není zobrazené napětí zapalování na osciloskopu tak vysoké, jako u jiných válců. Upozornění: Ačkoliv jsou u moderních vozidel instalovány systémy správy motoru s možností diagnostiky, je nezbytné použít při kontrole zapalovacích zařízení multimetry nebo osciloskopy. Pokud mají být správně interpretovány výsledky měření nebo grafů, je většinou nezbytné dodatečné školení zaměstnanců. Důležitým předpokladem úspěšné diagnostiky je důkladná vizuální kontrola na začátku vyhledávání závad. 7
Příklad diagnostiky závad v každodenní praxi autoservisu Na následujícím příkladu vynechávání spalování bychom rádi prezentovali diagnostiku cívky s dvojitou jiskrou. Vozidlo: Alfa Romeo 147 1.6 TS s dvojitým zapalováním Každý válec je vybaven hlavní a vedlejší svíčkou. Ovládání zapalovacích cívek je provedeno zapalovacími koncovými stupni, integrovanými do řídicí jednotky motoru. Podmínka diagnostiky Mechanika motoru, baterie, spouštěcí zařízení a palivový systém v pořádku. Reklamace zákazníka Zákazník si stěžuje na poruchu v systému řízení motoru Výstražná informace v kombinovaném nástroji: Chyba: Systém kontroly motoru Tip z praxe Než začnete s diagnostikou, měli byste dodržet následující: Aby bylo možné vozidlo správně zařadit, je důležité, aby byla k zakázce přiložena dokumentace vozidla (technický průkaz vozidla). Zkontrolujte napětí baterie. Nesprávné napájení může způsobit výpadek systému, nesprávné měření nebo pokles napětí. Zkontrolujte systémové spojky. Pohled do pojistkové skříně může za určitých okolností vyloučit první zdroj závady. Hledání závad 1. Použití diagnostického přístroje Diagnostický přístroj připojit k 16. pólovému konektoru OBD. V závislosti na výrobci vozidla a době registrace vozidla může být nezbytné použít jinou diagnostickou zdířku a přídavný adaptér. 8
Použijte na diagnostickém přístroji následující aplikace: Zvolit program Zvolit vozidlo Zvolit druh paliva Zvolit model Zvolit typ vozidla Zvolit požadovanou funkci Zvolit systém V závislosti na tom, který diagnostický přístroj se používá, se zde mohou zobrazovat dodatečné bezpečnostní pokyny. Spustit diagnostiku závad K navázání komunikace s řídicí jednotkou je kromě správného připojovacího konektoru nezbytné také dostatečné napětí baterie. Nedostatečné napájecí napětí řídicí jednotky by mohlo být upozorněním na nedostatek v kabeláži nebo na závadu baterie vozidla. 2. Načíst informace z paměti chybových hlášení Zde byla uložena chyba PO303. Spalování válec 3 Rozeznáno vynechávání spalování válec 3 3. Vyhodnotit podrobnosti Zde jsou navíc uložena upozornění o možné příčině závady Závadné zapalování Závadný vstřikovací ventil Řídicí jednotka defektní Upozornění: Pokud se zobrazuje několik chybových kódů, musíte nejprve vymazat chybu. Následně proveďte zkušební jízdu se zapojeným diagnostickým přístrojem. Sledujte parametry a načtěte informace z paměť chybových hlášení. 9
4. Zjistit příčinu závady Přípravy k provedení diagnostiky na motoru Připravit dodatečné potřebné diagnostické přístroje, jako multimetr nebo osciloskop Vyhledat technické podklady Odstranit kryt motoru (pokud existuje) 5. Provést vizuální kontrolu Dříve, než zahájíte diagnostiku, měli byste, pokud to lze provést, zkontrolovat svazek kabelů a konektory, zda nejsou poškozené. Možnou příčinou může být zalomení kabelu, chybějící odlehčení v tahu nebo nebo tzv. prohryzání svazku kabelů kunami. 6. Kontrola napájení zapalovací cívky válec 3 Odpojit konektor zapalovací cívky Provést měření napětí na dvoupólovém konektoru na straně kabelového svazku Červený kabel multimetru připojit k PIN 2 (+), černý kabel k motoru - kostra (-). Zapnout zapalování. Zde se musí naměřit napětí vyšší než 10,5 voltů. Zobrazená měřená hodnota: 11.84 voltů. Měření v pořádku Tip z praxe K provedení kontroly napájení pod zatížením doporučujeme opakovat měření při použití startéru. Aby se zde zabránilo zbytečnému vstřikování paliva, je vhodné nejdříve odpojit všechny konektory vstřikovacích ventilů. 10
7. Kontrola primárního ovládání zapalovací cívky válec 3 Odpojit konektor na zapalovací cívce Připojit osciloskop. Připojit měřicí hroty k PIN 1 a PIN 2 s dvoupólovým konektorem Odpojit konektory na vstřikovacích ventilech Spustit motor Zde by měl být na osciloskopu vidět jasný signál. V tomto příkladu je měření úspěšné. 8. Odmontování zapalovací cívky k provedení další zkoušky Odpojit konektor na zapalovací cívce Odpojit vysokonapěťový kabel pro druhou svíčku Odstranit upevňovací šrouby Vytáhnout zapalovací cívku kolmo a paralelně s pouzdrem svíčky Aby se zabránilo poškození konektoru svíčky, je nutné se vyhnout otáčivým pohybům zapalovací cívky. Tip z praxe Kontrola pouzdra svíčky ohledně znečištění olejem a zda nedochází k pronikání vody. Odmontovat zapalovací svíčky a zkontrolovat. 11
9. Provést měření odporu Odmontovanou zapalovací cívku přezkoušet použitím multimetru. K měření primárního vinutí připojit ohmmetr přímo ke komponentovému konektoru PIN 1 a PIN 2. Požadovaná hodnota: 0,3 Ω 1,0 Ω Skutečná hodnota: 0,5 Ω (v pořádku) K měření sekundární cívky měřit kontrolní hroty přímo na vysokonapěťových výstupech zapalovací cívky. Požadovaná hodnota: 8,0 kω 15,0 kω Skutečná hodnota: (přerušení sekundární cívky) V této souvislosti dodržujte vždy údaje od výrobce vozidla. Tip z praxe Zapalovací cívky v tomto vozidle jsou konstrukčně stejné a mohou se za účelem zkoušky navzájem vyměnit. 10. Výměna zapalovací cívky Zde je nezbytné dát pozor na správné usazení konektoru svíček a vysokonapěťového kabelu pro druhou svíčku. Zapalovací cívku připevnit pomocí upevňovacích šroubů. Následně připojit všechny konektory zapalovací cívky a konektory vstřikovacích ventilů. 12
11. Vymazání záznamů z paměti chybových hlášení Provedením diagnostiky byly řídicí jednotkou identifikovány další závady. Před zkušební jízdou se musejí vymazat. 12. Provést kontrolu funkcí Provést zkušební jízdu s připojeným diagnostickým přístrojem. Následně znovu načíst obsah paměti chybových hlášení. Upozornění: Při provádění jakýchkoli kontrolních a diagnostických prací dodržujte podle možnosti vždy pokyny výrobce vozidla. Zde mohou být, v závislosti na výrobci, uvedeny dodatečné kontrolní metody specifické pro dané vozidlo, které se musejí dodržovat. Bezpečnostní pokyny Práce na elektronických zapalovacích zařízeních může být při kontaktu se součástmi pod napětím pro člověka životu nebezpečné. To platí nejen pro vysokonapěťovou sekundární oblast, ale také pro primární proudový obvod. Kontrolní a opravářské práce by proto měl vykonávat pouze zaškolený odborný personál. Dodržovat následující bezpečnostní opatření: Nedotýkat se a neodpojovat za chodu motoru kabely zapalování, víko rozdělovače a konektory svíček. Připojit a odpojit řídicí jednotky, konektorové spoje a přívodní kabely pouze při vypnutém zapalování. Motor čistěte pouze při zastaveném motoru a při vypnutém zapalování. Při všech kontrolách zapalovacího zařízení, které vyžadují startovací otáčky motoru, by se mělo z důvodu ochrany katalyzátoru odpojit napájení vstřikovacích ventilů. 13
Diagram vyhledávání závad zapalovací cívky s integrovanou spínací jednotkou zapalování (zapalovací modul) Příklad: VW/Motorcode APQ, Motronic MP 9.0. Předpoklad diagnostiky: Mechanika motoru, baterie, spouštěcí zařízení a palivový systém v pořádku. Vytáhnout kabel zapalování mezi zapalovací cívkou a rozdělovačem z víka rozdělovače. Vytvořte jiskřiště**** mezi kabelem a tělesem motoru. Aby nedošlo k poškození katalyzátoru, odpojte konektor na vstřikovacích ventilech. Spusťte startér. Startér se otáčí, motor nelze nastartovat START ano Přeskakuje jiskra? ne ne Zkontrolovat, zda nejsou na kabelech povolené konektorové spoje, zda nejsou kabely zlomené, zda nejsou povolené kontakty a zda nedošlo k oxidaci. V pořád.? ano ne Odpojit 3pólová konektor na zapalovacím modulu. Zkontrolovat napájení mezi svorkou 1 ( ) a svorkou 3 (+). Zapalování ZAP: Požad. hodn.: >10,5 voltů Spustit startér: Požad. hodn. >9,0 Volt V pořád.? ano Zkontrolovat rozvody mezi konektorem svorka 1. a kostrou vozidla, konektorem svorka 2 a řídicí jednotkou** svorka 24 a konektorem svorka 3 a napájením (zapalování svorka 15). Odstranit přerušení. Závadné součásti opravit nebo vyměnit. ano Zkontrolovat ovládací signál* mezi konektorem svorka 2 a řídicí jednotkou** svorka 24. Spusťte startér, požad. hodn.: Obdélníkový signál >3,5 voltů V pořád.? ne Vyměnit zapalovací modul ne Zkontrolovat hallův snímač v rozdělovači zapalování Odpojit 3pólový konektor. Zkontrolovat napájení mezi svorkou 1 ( ) a svorkou 3 (+). Zapalování ZAP: Požad. hodn. >10 voltů V pořád.? ano Dále s A Dále s B Dále s C Dále s D 14
A B C D Zkontrolovat rozvody mezi Zkontrolovat hallův snímač svorka 1 a řídicí jednotka** svorka 17 hallův snímač svorka 2 a řídicí jednotka** svorka 13 hallův snímač svorka 3 a řídicí jednotka** svorka 8 příp. odstranit přerušení vedení. ano Zkontrolovat ovládací signál* mezi konektorem svorka 2 a řídicí jednotkou** svorka 13. Konektor připojený, spustit startér. Požad. hodn.: Obdélníkový signál > 3,5 voltů V pořád.? ne Vyměnit řídicí jednotku Motronic *** Pokud by se nezjistila žádná závada na elektrické přípojce hallova snímače, musí se hallův snímač vyměnit. Zkontrolovat sekundární proudový obvod. Zkontrolovat kabel zapalování, víko rozdělovače, ramínko rozdělovače, konektor svíček a zapalovací svíčky, příp. vyměnit závadné součásti. Kontrola funkcí příp. vymazat záznamy paměti chybových hlášení v řídicí jednotce Motronic. * Použít osciloskop ** Řídicí jednotka Motronic *** Dbát pokynů k opravě od výrobce vozidla. **** K ochraně koncového stupně řídicí jednotky se doporučuje použít mezi zapalovací cívku a jiskřiště odpor >3 kohm. KONEC 15
Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt 9Z2 999 927-985 TT/07.09/1.0 Printed in Germany HELLA CZ, s.r.o. Revoluční 785 285 22 Zruč nad Sázavou Česká republika Tel./Fax: (+420) 327 531 432 (+420) 327 531 152 (+420) 327 532 164 Internet: www.hella.cz e-mail: info@hella.cz Nápady pro automobil budoucnosti