Секреты высоковольтного пробоя

Система зажигания современного бензинового двигателя — исполнительный механизм системы управления: блок рассчитывает угол опережения зажигания и время накопления энергии, а катушка генерирует высоковольтные импульсы и распределяет их по цилиндрам. Насколько надёжно запустится горение, зависит от того, во сколько киловольт происходит пробой искрового промежутка и как долго горит искра.

Ионная лавина и напряжение пробоя

В момент размыкания первичной цепи во вторичной обмотке возникает высоковольтный импульс. Свободные электроны в газе, ускоренные электрическим полем, сталкиваются с нейтральными молекулами и расщепляют их, порождая цепную реакцию — ионную лавину. Канал пробоя разогревается до 10 000 К, его сопротивление стремится к нулю, сила тока достигает десятков ампер, а расширяющаяся со сверхзвуковой скоростью ударная волна воспринимается на слух как характерный треск. Напряжение, при котором возникает лавина, и есть напряжение пробоя, обозначаемое Uпр. Второй важный параметр осциллограммы — время горения искры, то есть существования тока между электродами; оно составляет обычно 1…2 мс и зависит от множества условий.

От чего зависит напряжение пробоя

• Межэлектродный зазор. Чем он больше, тем ниже напряжённость поля в промежутке и тем большее напряжение требуется для пробоя.
• Давление в камере сгорания. Чем выше концентрация молекул газа, тем короче свободный путь частиц между соударениями и тем надёжнее нужен больший импульс.
• Состав смеси. Углеводородные цепочки топлива разрушаются в поле раньше устойчивых двухатомных молекул, поэтому обогащение смеси снижает Uпр.
• Форма и полярность электродов. Реальное поле свечи неоднородно, а благодаря термоэлектронной эмиссии более горячего центрального электрода пробой при подаче на боковой электрод положительного потенциала наступает при меньшем напряжении.
• Условия в цилиндре. Температура и давление газов, их движение в момент искрообразования, материал и температура электродов, конструкция системы зажигания и камеры сгорания.

Положительные ионы, достигая отрицательного электрода, бомбардируют его и разрушают кристаллическую решётку — так развивается эрозия. Центральный электрод страдает меньше, поскольку его обстреливают лёгкие электроны. На величину Uпр влияет и угол опережения зажигания: чем позднее искра при меньшем давлении в цилиндре, тем ниже пробой.

Что учитывать при диагностике

• Абсолютное значение Uпр само по себе ни о чём не говорит: на холостом ходу разных двигателей нормальными бывают и 5, и 15 кВ — на результат влияют марка свечей, зазор и даже тип камеры сгорания.
• Разброс значений в пределах одного кадра на двигателе с электронным управлением — не дефект: регулятор оборотов на холостом ходу постоянно меняет УОЗ, и пробой «плавает» вслед за ним.
• В системе DIS полярность напряжения на парных свечах противоположна, поэтому значения пробоя в парных цилиндрах закономерно различаются.
• Смысл имеет сравнительная оценка по цилиндрам: мотортестер выводит среднее, минимальное и максимальное значение, и заметное отклонение одного цилиндра — повод к дальнейшему поиску.