Здравствуйте.
Нужно получить на экране осциллографа осциллограмму напряжения в первичной/вторичной цепях системы зажигания автомобильного бензинового двигателя (посредством высоковольтного трансформатора, система зажигания создаёт разряд между двумя электродами, и за счёт этого разряда загорается смесь воздуха с бензином) с целью обнаружения неисправностей как самой катушки зажигания, так и неисправностей высоковольтной изоляции / свечей зажигания.
На более старых автомобилях применяется зажигание с механическим распределением зажигания.


В таких системах снимаю сигналы по следующей схеме.


В первичной цепи напряжение достигает 400V (ограничено стабилитроном, встроенным в силовой ключ коммутатора, управляющего первичкой). По этому, использую делитель напряжения с коэффициентом деления 1:100.
Во вторичной цепи напряжение при работе двигателя на холостом ходу кратковременно достигает 10000V. Когда двигатель работает под нагрузкой или при некоторых неисправностях системы зажигания этот импульс может достигать 40000…50000V, по этому использую делитель напряжения коэффициентом деления 1:10000, но не резистивный, а ёмкостной. Между высоковольтным проводом и металлической пластинкой образуется ёмкость 0.1pF, между сигнальным проводником и экраном конденсатор 3000pF, далее усилитель с высоким входным сопротивлением.

По мануалам в идеале сигнал во вторичке должен быть следующим:


Реально полученный сигнал:

Здесь сигнал достоверный.

На более новых автомобилях, каждый цилиндр двигателя обслуживается по сути дела своей собственной системой зажигания (индивидуальное зажигание) не имеющей подвижных механических элементов.


Здесь возникает несколько проблем.
Во-первых: катушка зажигания расположена в глубоком колодце прямо над свечёй зажигания, из-за чего нет доступа к её высоковольтной части.
Во-вторых: если даже катушку достать из колодца и соединить её высоковольтный вывод со свечёй зажигания посредством удлинителя, то форма напряжения на этом высоковольтном выводе (или на проводе удлинителя) всё равно будет сильно отличаться из-за встроенного в катушку высоковольтного диода в цепь высоковольтного вывода.
То есть, съём сигнала с помощью ёмкостного датчика с высоковольтного вывода индивидуальной катушки не имеет смысла.

Существует две основные конструкции индивидуальных катушек зажигания.

В обеих конструкциях прямо в катушку зажигания может быть встроен коммутатор, и цепь первичной обмотки становится недоступной.

Приемлемый сигнал вторичной цепи получается для катушек типа A, если ёмкостной датчик установить на катушку так, чтобы образовалась ёмкость между обкладкой датчика и концом вторичной обмотки.


А вот с катушками типа B это метод не срабатывает из-за того, что, во-первых, вторичная обмотка расположена внизу под первичной, а во-вторых, катушка оказывается экранированной наружной частью магнитопровода, выполненного в виде железной трубки. Таким образом, для катушек типа B получается просмотреть только первичку, и то в случае, что в неё не встроен коммутатор.

Попробовал поэкспериментировать с магнитным полем создаваемым катушкой. Вынул из автомобильного электромагнитного реле электромагнитную катушку, подключил выводы обмотки к осциллографу, поднёс электромагнитную катушку к катушке.

По сути дела, как мне кажется, получил ещё одну вторичную обмотку. Сигнал получился очень похожий на нужный, но имеет некоторые недостатки. Во-первых, на сигнал накладывались затухающие колебания LC-контура, образованного индуктивностью электромагнитной катушки (измеренная индуктивность тестером 90mH) и суммой её паразитной ёмкости (обмотка имеет много слоёв) и ёмкости кабеля (кабель длинный, измеренная ёмкость тестером примерно 150pF). Поставил резистор 20kOhm параллельно электромагнитной катушке. Паразитные затухающие колебания исчезли почти полностью, немного задавилась высокочастотная составляющая сигнала, но до приемлемой степени (на коротком кабеле и более высокоомном резисторе частота среза получается значительно выше при почти полном отсутствии затухающих колебаний).

А вот собственно вопрос.
Плохо передаётся низкочастотная составляющая сигнала, по каким причинам – не могу понять.

Может кто подскажет что либо по низкочастотной составляющей. Может дело в сердечнике?
Параметры электромагнитной катушки:
активное сопротивление проволоки 80Ohm;
индуктивность 90mH;
ёмкость кабеля 150pF.
Нужно получить спектр сигнала не хуже 40Hz…100kHz.

Сообщение отредактировал ifgeniy - Feb 22 2008, 20:29

Да тут и понимать нечего. Для хорошей магнитной связи на НЧ трансформатор должен иметь сердечник из ферромагнитного материала. Не зря НЧ трансформаторы имеют значительные габариты благодаря именно магнитопроводу из стали или спецсплавов. По воздуху же ЭМ излучение с частотой в десятки герц передаётся гораздо хуже. А у Вас такой "зазор".

А как же хоть немного улучшить сигнал?

Сделать всё возможное для того, чтобы улучшить магнитную связь, потокосцепление. Может быть, переделать конструкцию индуктивного датчика так, чтобы одевать его на корпус (9 на рис. В) и обмотка катушки зажигания попадала внутрь обмотки датчика. Конечно, если есть место и если магнитопровод катушки зажигания не замкнут (по картинке не ясно).

Корпус катушки недоступен, как показано на рис.5 он расположен в шахте двигателя.

Сожалею. Наверное, так было задумано производителем. Тогда поинтересуйтесь, как устроено фирменное тестовое оборудование для этих целей. Если оно существует. Но мне сильно кажется, что контролировать там в рабочем режиме нечего, раз таковой контроль не предусмотрен. По сути, исправность входящих в эту конструкцию элементов наверняка можно проверить, сняв её с двигателя. Если что-то меняется в работе зажигания именно "под нагрузкой", это всё равно следствие неисправностей, которые наверняка поддаются диагностике косвенными методами. И ещё, если даже коммутатор встроен, ток в подводящем питание проводе будет наверняка очень близок по форме к току первички. Попробуйте включить последовательно шунт и снять с него сигнал.

Сообщение отредактировал Herz - Feb 24 2008, 17:35

В схеме с ёмкостным датчиком необходимо зашунтировать конденсатор на корпус резистором величиной 100 ом. Он снимет все проблемы с паразитными резонансами и постоянной составляющей.
Если постоянка будет скакать, причина в разной проводимости высоковольтных проводов (длина разная, а удельное сопротивление 10-40 кОм/метр и скорее они прогорели) или более вероятно-в плохих контактах заземлителей.
Индукт. датчик тоже я бы так же зашунтировал. Зазор будет влиять только на амплитуду.

У метотодологическая ошибка.
Вход осциллографа выполняется с эквивалентными R-C параметрами (С параллельно R).
Для корректности входной шнур (делитель) должен иметь R-C параметры (тоже параллельно) с той же постоянной времени, что и вход. Тогда сигнал не имеет ни завалов , ни колебательных процессов.
Обратите на это внимание.
Не все йогурты одинаковы.