Гармония высоких вольт

Гармония высоких вольт

08.08.2014 - 10:41 2664
Приблизительное время чтения: 18 минут. Интересно, но нет времени читать?

Эволюцию проводов за более чем сто лет их напряженной работы под капотом, однако, нельзя назвать сверхбурной. Многие системы автомобиля по функциям, возможностям, дизайну и технологиям за это время изменились просто до неузнаваемости. Высоковольтные провода менялись не так часто и активно. Однако некоторые устройства вообще ушли на свалку истории, а без проводов бензиновая машина не поедет и ныне. И, тем не менее, за свою спокойную жизнь и у консервативных высоковольтных проводов также было несколько революционных ситуаций, причем фактически все они произошли за последние четверть века.

Изоляция проводов претерпела самые большие принципиальные изменения. Как известно, изоляция – это многослойное или однослойное защитное диэлектрическое покрытие токопроводящей жилы. У нее есть две главных миссии – предотвращение утечек электрического тока и предохранение самой жилы от воздействия влаги, горюче-смазочных материалов, вредных паров и высоких температур в моторном отсеке, ну и, разумеется, от механических повреждений.

Но именно к изолированию тока в проводах всегда предъявлялись самые высокие требования, ведь провода передают большой энергетический потенциал. Первоначально высоковольтный провод был, как и его прародитель, обыкновенной электрической проволокой  с медной жилой и резиновой изоляцией. Тогда, кроме резины, человечество еще не знало других вариантов изолирования напряжения, но спасибо уже тому, что каучуковая промышленность к моменту построения первого автомобиля была развита достаточно мощно, а свойства резины как диэлектрика уже открыты.

Постепенно в состав изоляции начал добавляться пластик, причем первые пробы были еще в довоенное время. Роль пластика, прежде всего, была в попытке добиться упругости и лучшей сопротивляемости агрессивной среде под капотом, ведь при всей прелести резины ее устойчивость к маслам и температуре была низкой, а жесткость – недостаточной. Пластик позволял сохранять заданную форму, но при этом оставался довольно гибким, чтобы провод мог менять конфигурацию в зависимости от того, где будут находиться свеча и катушка зажигания. Поздний переход на полностью пластиковую изоляцию мы с вами еще прекрасно помним и сейчас видим в старых советских авто. Первые «москвичевские» и «жигулевские» провода при их демонтаже напоминали замороженного осьминога с щупальцами – после единовременной укладки со временем от температуры они приобретали свои застывшие изгибы и такую четкую форму, которую потом было очень сложно изменить.

История, сделав виток к новомодной пластмассе, позднее слегка вернулась назад. Начиная с 80-х годов в моду пошла комбинированная изоляция,  когда середина была все-таки пластиковой, но сверху вернулась старая добрая резина, правда, уже с более серьезными характеристиками и устойчивостью к среде. Фактически большинство современных проводов теперь имеют такую комбинированную защитную изоляцию. Хотя стоит отметить, что эксперименты разных компоновок и комбинаций изоляции не останавливаются и сейчас. Производители автомобилей по-разному подходят к этим вопросам, им всегда необходимо обеспечить два главных параметра: хорошую защищенность электричества, чтобы провод «не  пробивал», как это принято говорить в народе, и в то же время он должен быть довольно пластичен. Все зависит от работы в самом моторном отсеке (температуры, компоновки двигателя) и от того, какая именно энергия будет передаваться на свечу.

Напряжение первоначально считалось в единицах киловольт, но современные моторы уже используют 40–50 киловольт. Соответственно, и производители комплектующих до сих пор ищут компромисс, предлагая разные варианты изоляции, чаще всего на основе все тех же ингредиентов – резины и пластмассы. Однако варианты дополнительных составляющих могут быть самыми разными. Например, современную изоляцию производят из различных видов пластмасс (в частности, полихлорвинила), силикона, резины в различных сочетаниях. Иногда механическую прочность изоляции увеличивают за счет тканевой, хлопчатобумажной, капроновой, стеклотканевой или полимерной оплетки. Самые простые – однослойные, но уже полным ходом используются не только двухслойные, но и с уплотняющей оплеткой, а также с дополнительным диэлектрическим слоем.

Второй революцией в славном деле разработки высоковольтных проводов заслуженно стоит считать отказ от меди как основного металла. Тут надо отметить, что медный провод сыграл крайне важную роль, ведь медь обладает довольно хорошими электрическими свойствами проводимости, известными еще с началом первых экспериментов на ниве электрификации всея планеты. Ведь для передачи высоковольтного импульса с минимальными потерями желательно уменьшить электрическое сопротивление провода. И найти замену столь недорогому материалу, имеющему такие высокие показатели, было непросто. Но, тем не менее, производители все-таки стали отказываться от медного провода, несмотря на его долгую и достойную репутацию.

Подавление помех

Причиной поиска альтернативы меди, как ни удивительно, послужил радиоэфир. С началом широкого распространения радиоэлектронных устройств (радиоприемников, телевизоров, электронных бортовых систем в самом автомобиле и т.д.) стал проявляться основной недостаток медных проводов – излучение большого количества электромагнитных помех. Поэтому с конца прошлого века производители начали массово переходить на силиконовую жилу – искусственный материал, в основе которого находится вездесущий силикон, но со специфическими добавками графита, который, в свою очередь, служит отличным проводником электричества взамен уходящей «на пенсию» меди.

Массовое использование меди прошло опять же с эрой классических «жигулей». Там с успехом применялась медная жила, причем довольно крупного сечения, но в то же время на ней уже обосновался толстый слой изоляции. А вот для снижения помех и треска приемника в высоковольтной цепи системы зажигания до сих пор используют дополнительное электрическое сопротивление. Помехоподавительный резистор может быть встроен в ротор распределителя (бегунок), свечу или ее колпачок в различных сочетаниях. Кроме того, сопротивлением обладает угольный электрод в крышке распределителя. В настоящее время наиболее распространенным и куда более эффективным методом уменьшения помех является использование высоковольтных проводов с распределенным сопротивлением.

Но вот парадокс – медные провода, хоть и в гораздо меньших объемах, выпускаются и поныне! С одной стороны, это уже кажется архаичным, но если посмотреть на вопрос по-другому, то с развитием микроэлектроники, нанотехнологий в XXI веке уже даже сам по себе провод архаичен на сегодняшний день.

И, тем не менее, высоковольтные провода – один из самых распространенных товаров у продавцов автозапчастями, а медный провод там по-прежнему в почете и в ассортименте. Почему? Ответ прост и прозаичен, никакого секрета тут нет. Дело в том, что наш автопарк только на первый взгляд в крупных городах кажется сверхсовременным, но на самом деле в целом в постсоветских странах средний возраст автомобиля – 18 лет. Соответственно, миллионы архаичных машин не только ездят с медными проводами, но и выпускаются немалыми тиражами до сих пор. А значит, старой надежной меди еще рано совсем уходить на покой, пока живы и производятся все наши «Волги», «москвичи» и «Лады».

Светлое будущее

Но все-таки от главного тренда уже не уйти – провод как таковой вообще постепенно исчезает из автомобиля. Это связано со многими факторами: во-первых, с тем, что мощность электрического заряда, который передается по проводу, возросла настолько, что уже изоляционные материалы не всегда удовлетворяют или, скорее, не так долго удовлетворяют требованиям производителей. В моторном отсеке мы имеем довольно высокую температуру и агрессивную среду, поэтому идет разрушение провода и, соответственно, возрастает вероятность пробоев. Стало быть, путем исключения самих высоковольтных проводов из схемы производители пытаются решить сразу несколько проблем.

Кроме того, раньше катушка была единственной на весь автомобиль, даже если в автомобиле было не 4, а 6, 8 или даже 12 свечей и цилиндров. В настоящее время у каждой свечи есть своя катушка, и она механически никак не связана с двигателем. Выходной каскад, который формирует мощный электрический разряд, подаваемый на свечу, находится уже в катушке на свечном наконечнике. Сам наконечник, в свою очередь, надевается уже непосредственно на свечу. Таким образом, от блока управления к свечному наконечнику проводятся довольно тонкие провода, а генерация высокого напряжения происходит на минимальном расстоянии от свечи. Поэтому при современных технологиях провод уже можно рассматривать как элемент, конструктивно изживший себя.

Типы проводов

Однако мы выяснили, что слухи о полной кончине проводов на рынке еще достаточно долго можно будет считать преждевременными, в том числе даже о медных. Всего же по типажу жил на сегодняшний день можно выделить три основных типа используемых высоковольтных проводов:

1) Уже знакомый многожильный медный вариант с сопротивлением 0,02 Ом/м (Ом на метр длины провода). Этот тип довольно прост по конструкции – жила и изоляция. К таким проводам необходимы дополнительные помехоподавительные резисторы.

2) Неметаллический с металлической обвивкой – распределенное сопротивление до 2 кОм/м. Кроме изоляционного слоя в этом типе применяются дополнительная ферропластовая оболочка, сердечник и обвивка из металлической проволоки. Центральную часть сердечника изготавливают из стекловолокна, пропитанного графитом, льняной нити или кевлара. Данный тип часто бывает покрыт слоем ферропласта, который за счет своих свойств также препятствует распространению помех. Поверх навивается тонкая металлическая проволока. К такому типу проводки, как правило, требуются дополнительные помехоподавительные резисторы.

3) Неметаллический с высоким распределенным сопротивлением. В его конструкции, как ясно из названия, используются неметаллический токопроводящий сердечник (обычно силикон) и упрочняющая неметаллическая оплетка. Провода с такой жилой устанавливают уже без резисторов.

Существуют также несколько вариантов исполнения жил, как минимум, более современных и сложных двух последних типов. Жилы такого типа могут быть изготовлены из различных материалов. Например, часто встречаются варианты исполнения из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной сажевым раствором. Иногда сверху ее усиливают хлопчатобумажной или капроновой оплеткой. Обычное сопротивление таких проводов – 15–40 кОм/м. Также бывают жилы полимерные с сопротивлением 12–15 кОм/м. Внутри такой жилы, как правило, может быть пропущена упрочняющая нить. Третьим наиболее распространенным вариантом стоит считать конструкцию из стекловолоконных нитей с графитовой обсыпкой.

Разумеется, у каждого из этих типов есть свои особенности, поэтому прежде, чем перейти к диагностике и возможным неисправностям, выясним еще несколько важных принципиальных нюансов  конструкции высоковольтных проводов.

Сечения проводов. Раньше этот вопрос был одним из часто встречаемых.

Искушенным в электрике специалистам всегда понятно, что от площади сечения провода должны напрямую зависеть его характеристики проводимости и напряжения.

Но оказывается, что в автомобильных проводах площадь сечения – довольно-таки постоянная величина. Эту площадь у специалистов принято считать т.н. «квадратами». В автомобиле применяются провода порядка 1,5–2 квадратов сечения, однако в современной проводке это весьма условное обозначение. Дело в том, что в «квадратах» принято считать, применяя данный параметр именно к медным проводам. К современным проводам с силиконовой сердцевиной такая терминология не совсем подходит – эту сердцевину производят плоской, работает она в других условиях, поэтому о сечении говорить уже не приходится. Сама силиконовая жила довольно пластична, стало быть, она фактически не имеет постоянного сечения по всей своей длине. Более того, если подобная жила деформирована, то это совершенно не влияет на ее работу.

 

Но высоковольтные провода, пожалуй, не стоит строго делить лишь на жилу и изоляцию. По своему устройству в них есть еще два важных компонента, без которых их невозможно называть автомобильными, – это металлические контакты и колпачки.

Металлические контакты (или более распространенное название – наконечники) обеспечивают электрическое соединение токопроводящей жилы с соответствующими контактами (гнездами, высоковольтными выводами) свечи, катушки зажигания или  крышки распределителя. Важность их значения сложно преуменьшить, так как плохой контакт может свести на нет все достоинства всей системы зажигания, а не только проводов. Поэтому к ним предъявляются следующие требования:

1) Надежный контакт с токопроводящей жилой провода. Достигается обжимом или пайкой (с медным сердечником).

2) Достаточная коррозионная устойчивость для сохранения надежного контакта в процессе эксплуатации. Достигается использованием цветных металлов или покрытия, защищающего от внешних воздействий.

3) Надежное соединение с выводами свечи и катушки зажигания или крышки распределителя. Для этого контакт провода может иметь выступ, лепесток или специальную пружину.

4) Прочность крепления на проводе. Достигается плотным обжимом и иногда дополнительно зубцами и специальной выпуклостью.

Однако и свечи, равно как и распределители и катушки зажигания, бывают разных конструкций, включая многообразие вариантов их соединений. Соответственно, контакты, с которыми соединяется высоковольтный провод, бывают нескольких типов, причем самое интересное, что на разных концах провода они могут различаться. Чтобы упростить задачу, в последнее время большинство производителей остановилось на пяти основных типах разъемов и гнезд (контактов), с которыми соединяются наконечники высоковольтных проводов. Это стандарты SAE, М4, SCREW/VRUT, DIN и D4. Есть, конечно, и другие, но эти – самые популярные. Упростить задачи и полностью унифицировать крепления контактов в мире пока не только не получается, но и технически еще не оправданно.

Колпачки стоит считать последним, четвертым элементом в списке конструкции высоковольтных проводов, но не крайним по роли. Они защищают места соединений контактов провода с соответствующими выводами свечей зажигания, катушки и распределителя от агрессивных воздействий внешней среды и предотвращают утечку электрического тока. Собственно, их роль не менее важная, чем самого провода, кроме того, они облегчают пользование. Как и к проводам, к ним предъявляются два основных требования:

1) Максимально плотное соединение с деталями системы зажигания, чтобы пыль и влага не проникали к контактам. Иногда после длительной эксплуатации колпачки удается снять только при помощи специального инструмента.

2) Устойчивость к воздействию высоких и низких температур, а также к их резкому перепаду.

Колпачки имеют различную форму, а по материалам могут быть изготовлены из резины, силикона, пластмассы или эбонита. В некоторые из них также встраивают металлический экран для уменьшения помех или дополнительный помехоподавительный резистор.

 

Причина выхода из строя высоковольтных проводов одна – разрыв электрической цепи и утечка тока.

А вот предпосылки могут быть разными. Разрыв электрической цепи происходит чаще всего в месте соединения металлического контакта провода с токопроводящей жилой и другими деталями системы зажигания, например, при снятии провода, плохом соединении с выводами соответствующих элементов системы зажигания, разрушении или окислении жилы. В местах нарушения соединения происходят искрение и нагрев, что еще больше ухудшает ситуацию и может привести к выгоранию металлических контактов или жилы. Утечка электроэнергии происходит через загрязненные провода, свечи, крышку распределителя и катушку зажигания, а также при повреждении изоляции и колпачков провода, поэтому их диэлектрические свойства ухудшаются в процессе эксплуатации.

 

Грязь и влага – самые главные враги любой электрической цепи и, разумеется, высоковольтных проводов. Некоторые автолюбители просто забывают ставить защиту двигателя, не понимая, что она служит не только для прикрытия картера. Даже пластиковые накладки в моторном отсеке созданы для того, чтобы направить потоки воздуха и воды мимо двигателя и его электрики.

Зима с ее низкими температурами регулярно испытывает высоковольтные провода на прочность – они становятся более жесткими, увеличивается вероятность повреждения изоляции и колпачков. Знойное лето также не щадит проводку: от повышенной температуры больше других страдают свечные колпачки, так как они находятся ближе всего к нагретым деталям двигателя и к тому же часто выходят из строя при снятии. Да и вообще вся жизнь мотора – это постоянные стрессы для всех его компонентов, и провода – не исключение. Из-за постоянной вибрации, сопровождающей работу двигателя, расшатываются места соединений, что может привести к ухудшению контакта, например в крышке распределителя.

Ну и никуда не деться от дорожной пыли. Со временем все элементы системы зажигания неизбежно покрываются слоем грязи, пыли, влагой и парами горюче-смазочных материалов, которые становятся проводниками тока и значительно увеличивают утечки, особенно во влажную погоду и при повреждениях изоляции. Кроме того, от попавших влаги и грязи происходит дальнейшее увеличение микротрещин.

Кстати, мойка двигателя – также своеобразное испытание для проводов. Если двигатель моется под напором, то при негерметичных уплотнителях вода попадает в колодцы со свечами. Как правило, на хороших мойках эту проблему знают, поэтому перед тем, как заводить двигатель, снимают наконечники проводов. Если выдуть воду, которая туда попала, то машина нормально заводится, а клиент уезжает довольный. В противном случае возможно искрообразование вне свечи, то есть искра не доходит до контакта в цилиндре, происходит так называемое явление углеродной дорожки – между наконечником и свечой образуется черная полоса, а искрообразование идет в обход свечи.

Бороться с углеродной дорожкой можно только одним методом: заменой и свечи, и наконечника. Иногда это довольно дорого. Такая особенность возникла только сейчас, раньше она проявлялась в другом виде – в машинах заливались трамблер и катушка зажигания снаружи. Это происходило также при попадании в лужу и при сильных дождях. В настоящее время подобное случается все реже, потому что искрообразование вынесено к самой свече и, соответственно, автомобиль не так боится внешней влаги. Однако похожий негативный эффект проявляется уже в колодцах свечей при мойках. Многие водители, зная этот нюанс, едут только на те мойки, где выполняют процедуру сушки и снятия наконечников.

Выбор

Перед покупкой желательно внимательно изучить упаковку. Вряд ли стоит приобретать провода, упаковка которых изобилует орфографическими ошибками (скорее всего, это контрафакт). Отсутствие указания завода-изготовителя проводов и его координат – также повод усомниться в целесообразности покупки. Стоит знать, что на высоковольтные автомобильные провода существует только международный стандарт ISO 3808, а отечественных просто нет, поэтому наличие и содержание надписей на них определяет завод-производитель. Сопротивление провода можно измерить с помощью тестера. Однако для проводов с обвивкой токопроводящей жилы этот способ не совсем корректен, ведь при работе в моторе величина сопротивления меняется. Это обусловлено их конструктивными особенностями.

Уровень помех можно оценить с помощью радиоприемника автомагнитолы, однако не стоит забывать, что провода могут быть не единственной причиной помех.

Необходимо учитывать напряжение в системе зажигания, выбирая провода по материалу изоляции. Провода не должны «карнавалить» лучезарной иллюминацией ни при какой погоде или поломке. Лучше всего приобретать провода с изоляцией и колпачками, например, из силикона – этот материал лучше выдерживает жару от двигателя и не сильно меняет свойства при морозах. Более того, он меньше намокает, а стало быть, уменьшается вероятность электрического пробоя.

Если система зажигания дает высоковольтный импульс с небольшой энергией, например, у автомобилей с контактной системой зажигания, то ставить провода с высоким распределенным сопротивлением не стоит. Это снизит мощность искры, и, при неблагоприятных условиях, возможны пропуски воспламенения горючей смеси (например, при зимнем пуске холодного двигателя).

Ну и главной проблемой проводов может стать качество их исполнения, поэтому так важен правильный выбор, исходя из репутации бренда. При выборе высоковольтных проводов желательно ориентироваться на рекомендации производителей двигателя. Специалисты советуют не мучить себя инженерными вопросами, а сразу обращаться к каталогам или еще лучше к профессиональным спецам.

В настоящее время проблема выбора проводов стала, с одной стороны, сложнее, а с другой – проще. Рынок предлагает довольно широкую гамму проводов. У всех производителей существуют свои программы запчастей, особенно если этот производитель является ОЕМ-поставщиком на конкретные конвейеры, то обязательно существуют программы подбора. Поэтому рядовому потребителю уже не надо, как раньше, ходить с веревочкой по рынку для измерения длины провода. Сейчас свечи спрятаны глубоко, и, чтобы надеть наконечник, необходимо подключать ту длину провода, которая прописана для конкретного двигателя. 

Кроме того, рынок предлагает комплекты, разные и по цене, т.к. каждый производитель решает для себя сам, какой же все-таки материал ему использовать при производстве: более дорогой, но надежный и долговечный (с интервалом  в 80 тысяч километров пробега, причем  рекомендуется полная замена проводов всем комплектом, а не отдельных его частей) или более простой, но бюджетный. Системы зажигания, которые использовались на ранних автомобилях, позволяли ремонтировать сам провод, сейчас это уже атавизм. Поэтому и проблема выбора на сегодняшний день одна – выбирать должен специалист. То, что подходит просто по длине, использовать нельзя, а нужно лишь точно рекомендованное для конкретного двигателя.

Диагностика

В наши времена редко можно услышать понятие «детонация двигателя». Даже если залить некачественный бензин в современный автомобиль, то в машине срабатывают защитные механизмы, и вы никогда не услышите знакомый стук клапанов, как в «москвичах» или «запорожцах». Если не работает одна свеча, то в современных авто может полностью отключиться подача топлива и, соответственно, искрообразования уже не будет. При этом загорится специальная лампа о наличии неисправности. Но, самое главное, при этом не произойдет выброс несгоревшего углерода и не будет пагубного воздействия на окружающую среду, что сейчас больше всего и беспокоит щепетильных производителей. Так что нынче в борьбе за экологию определить на глазок или смекалистыми дедовскими методами причину и виновника проблемы уже не так просто.

Но все-таки первейшим методом диагностики по-прежнему остается аудиовизуальный  осмотр (посмотреть и послушать, как работает двигатель: если он «троит», то не исключена проблема именно с проводом). Однако если владелец не имеет опыта, то он может не до конца надеть колпачки на свечи или просто перепутать их местами – искрообразование пойдет уже не в тех цилиндрах.

Профессиональные методы, которые применяются на СТО, требуют специального оборудования, например, может помочь KTS или его аналоги. Однако данный прибор помогает уловить лишь направления поиска неисправности. Нормальный диагност никогда не ориентируется только на KTS. Ведь любая программа самого модного автомобиля не может учесть все проблемы, возможные при эксплуатации, а поэтому программа подтягивает ту ошибку, которая, по ее мнению, может быть в принципе. Для углубленного поиска в качестве специализированного осциллографа поможет мотор-тестер. Он имеет специальные датчики для снятия сигналов, поэтому позволяет увидеть отличие одного цилиндра от другого, а также представить в физическом виде сигналы управления и искрообразования. По мотор-тестеру можно производить глубокую диагностику двигателя и определять состояние не только проводов, но и всей системы по специальным импульсам.

Обслуживание высоковольтных проводов в современных автомобилях сводится лишь к гигиенической профилактике и их защите от агрессивных жидкостей, таких как масло и бензин. Потребитель уже не участвует в выборе мест для проводов, а производитель сам решает, куда их установить. Выпускной коллектор разогревается до температуры 500–600 градусов, от такой температуры плавится любая пластмасса и горит резина изоляции проводов. Поэтому сейчас производители укладывают провода по верхнему торцу двигателя, а коллектор ставится таким образом, чтобы сбивать эту температуру под автомобиль.

Сами провода, конечно, также защищены, но водителю желательно все-таки избегать попадания технических жидкостей, дабы не разрушался изоляционный слой. Иногда можно использовать специальный спрей для влажных периодов года. Спреи образуют жирную пленку на проводах и не позволяют конденсироваться на них влаге. Менять провода рекомендуется приблизительно через 80 тысяч километров пробега или условно один раз на две замены свечей, но этот нюанс стоит всегда уточнять у производителя.

Однако, как бы ни менялись провода в эволюции технологий, они до сих пор выполняют свою первоначальную важную функцию. Меняются материалы, появляются новые возможности, но еще ни одна суперидея не смогла полностью сдвинуть с векового олимпа законную роль высоковольтных проводов в автомобиле. Хотя рано или поздно, но и к этому мы придем.


Посмотрите похожие материалы: