Высоковольтные автомобильные провода

Назначение высоковольтных проводов, общие сведения

Основной задачей высоковольтных проводов является передача электрических импульсов от катушки зажигания на свечи. Поэтому они должны:

• выдерживать высокое напряжение (до 40 000 В),
• передавать импульсы с небольшими потерями,
• обеспечивать минимум помех для радиоэлектронной аппаратуры,
• иметь хорошую изоляцию для предотвращения утечек тока,
• сохранять свои свойства в широком интервале температур — от минус 30°С зимой до плюс 100°С и более при работе двигателя летом.

Для передачи высоковольтного импульса с минимальными потерями желательно уменьшить электрическое сопротивление провода. Поэтому много лет назад с успехом использовались провода с медной токопроводящей жилой. Но с началом широкого распространения радиоэлектронных устройств (радиоприемников, телевизоров, электронных бортовых систем в самом автомобиле и т.д.) стал проявляться их основной недостаток — излучение большого количества электромагнитных помех.

Для их снижения в высоковольтной цепи системы зажигания 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 эффективным и наиболее распространенным способом снижения помех является использование высоковольтных проводов с распределенным сопротивлением.

Устройство высоковольтных проводов зажигания

Современные провода состоят из токопроводящей жилы, изоляции (защитного слоя), металлических контактов и колпачков (рис. 1).

Токопроводящая жила (рис. 2) бывает нескольких типов:

• медная многожильная с сопротивлением 0,02 Ом/м (Ом на метр длины провода). С такими проводами необходимы дополнительные помехоподавительные резисторы;
• неметаллическая с металлической "обвивкой" — распределенное сопротивление до 2 кОм/м. Центральную часть сердечника изготавливают из стекловолокна, пропитанного графитом, льняной нити или кевлара3. Часто бывает покрыта слоем ферропласта4, который за счет своих свойств также препятствует распространению помех. Поверх навивается тонкая металлическая проволока. Требуются, как правило, дополнительные помехоподавительные резисторы;
• неметаллическая с высоким распределенным сопротивлением. Провода с такой жилой устанавливают без резисторов. Жила такого типа может быть изготовлена из различных материалов, например часто встречаются варианты исполнения из:
• хлопчатобумажной пряжи, пропитанной сажевым раствором. Иногда сверху ее усиливают хлопчатобумажной или капроновой оплеткой. Сопротивление 15—40 кОм/м;
• полимерной "жилы" с сопротивлением 12—15 кОм/м. Внутри нее может быть пропущена упрочняющая нить;
• стекловолоконных нитей с графитовой обсыпкой.

Изоляция — однослойное или многослойное защитное диэлектрическое покрытие токопроводящей жилы (рис. 3).  Предназначена для:

• предотвращения утечек электрического тока;
• предохранения жилы от воздействия влаги, горюче-смазочных материалов, вредных паров и высоких температур в моторном отсеке, а также механических повреждений.

Выполняется из различных видов пластмасс (например, полихлорвинила), силикона, резины в различных сочетаниях. Иногда механическую прочность изоляции увеличивают за счет тканевой, хлопчатобумажной, капроновой, стеклотканевой или полимерной оплетки.

Металлические контакты (наконечники) обеспечивают электрическое соединение токопроводящей жилы с соответствующими контактами (гнездами, высоковольтными выводами) свечи и катушки зажигания или крышкой распределителя. Основные требования:

• надежный контакт с токопроводящей жилой провода. Достигается обжимом или пайкой (с медным сердечником);
• прочность крепления на проводе. Достигается плотным обжимом и иногда дополнительно "зубцами" и специальной выпуклостью (рис. 4);
• надежное соединение с выводами свечи и катушки зажигания или крышки распределителя. Для этого контакт провода может иметь выступ, лепесток или специальную пружину;
• достаточная коррозионная устойчивость для сохранения надежного контакта в процессе эксплуатации. Достигается использованием цветных металлов или покрытия, защищающего от внешних воздействий.

Контакты, с которыми соединяется высоковольтный провод, бывают нескольких типов. Используемые наиболее часто показаны на рис. 5, причем на разных концах провода они могут различаться.

Колпачки защищают места соединений контактов провода с соответствующими выводами катушки, распределителя и свечей зажигания от агрессивных воздействий внешней среды и предотвращают утечку электрического тока. Основные требования к ним:  

• максимально плотное соединение с деталями системы зажигания, чтобы пыль и влага не проникали к контактам. Иногда после длительной эксплуатации снять колпачки удается только при помощи специального инструмента;
• устойчивость к воздействию высоких и низких температур, а также к их резкому перепаду.

Колпачки имеют различную форму, изготавливаются из резины, силикона, пластмассы или эбонита. В некоторые из них встраивают дополнительный помехоподавительный резистор (рис. 6) или металлический экран для уменьшения помех.

Неисправности высоковольтных проводов зажигания

Основные неисправности проводов — разрыв электрической цепи и утечка тока. 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;
• окислении или разрушении жилы.

В местах нарушения соединения происходит 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 в процессе эксплуатации ухудшаются.

При низких температурах высоковольтные провода становятся более жесткими, увеличивается вероятность повреждения их изоляции и колпачков. Кроме того, из-за постоянной вибрации, сопровождающей работу двигателя, расшатываются места соединений, что может привести к ухудшению контакта, например в крышке распределителя. 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.

Со временем все элементы системы зажигания неизбежно покрываются слоем пыли и грязи, влагой и парами горюче-смазочных материалов, которые являются 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.

Рекомендации по выбору высоковольтных проводов зажигания ВАЗ

При выборе высоковольтных проводов желательно ориентироваться на рекомендации как их изготовителей, так и производителей двигателя.

При покупке полезно внимательно изучить упаковку. Желательно, чтобы на ней на русском языке были указаны модели автомобилей или двигателей, для установки на которые предназначены эти провода. Отсутствие указания завода-изготовителя проводов и его "координат" — достаточное условие для отказа от покупки. Также не стоит приобретать провода, на упаковке которых встречаются орфографические ошибки, чаще всего в слове silicon. Следует учитывать, что на высоковольтные автомобильные провода есть только международный стандарт ISO 3808, а отечественных не существует, поэтому наличие и содержание надписей на них определяет сам производитель.

Если система зажигания дает высоковольтный импульс с небольшой энергией, например у автомобилей с контактной системой зажигания (большинство заднеприводных ВАЗов), 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).

Сопротивление провода можно измерить с помощью тестера. Однако для проводов с обвивкой токопроводящей жилы этот способ не корректен, так как при работе на двигателе величина их сопротивления меняется. Это обусловлено их конструктивными особенностями.

Уровень помех, создаваемых как электрооборудованием автомобиля в целом, так и высоковольтными проводами, можно оценить с помощью установленного в нем приемника (автомагнитолы). Порядок работ при подобной проверке дан на схеме.

Выбирая провода по материалу изоляции, следует учитывать напряжение в системе зажигания конкретного автомобиля. При максимальных его значениях, которые могут быть указаны в руководстве по ремонту, изоляция не должна допускать пробоя. Предпочтительнее провода с изоляцией и колпачками, материал которых не становится жестким и ломким на морозе и выдерживает высокую температуру в моторном отсеке, например из силикона. Кроме того, он меньше смачивается водой, а значит, снижается вероятность электрического пробоя. Силикон на ощупь восковитый, и провода из него допускают сильные перегибы.

В процессе эксплуатации автомобиля прежде всего необходимо содержать провода чистыми и сухими. Для этого можно, например, периодически протирать бензином снятые с автомобиля крышку распределителя, катушки зажигания, изоляторы свечей и сами провода с колпачками.

Часто удается определить пробой изоляции при работе двигателя на слух (слышны щелчки) или визуально. Если открыть моторный отсек в темное время суток, то место утечки тока будет видно по проскакивающей искре. В темноте иногда заметно свечение (сияние) вокруг приборов системы зажигания из-за влажности и ионизации воздуха, например перед грозой, или при больших утечках тока.

Обрыв проволоки в обвивке неметаллической токопроводящей жилы (рис. 2, б) может не проявляться на холостых оборотах коленвала и при невысоких нагрузках, в то время как на повышенных — двигатель будет "троить", если поврежден провод, идущий к свече, или глохнуть, если неисправен центральный.

Хороший контакт в наконечниках предотвращает потерю энергии импульса, передаваемой к свечам. Поэтому желательно периодически проверять, хорошо ли вставлены наконечники в гнезда соответствующих элементов системы зажигания.

Для предотвращения повреждений провода его рекомендуется снимать, начиная с колпачка, а не выдергивая за изоляцию.

Герметичность колпачков в местах соединения проводов уменьшает окисление наконечников и последующее ухудшение контакта. Поэтому важно до конца надевать колпачки, а при возникновении на них трещин — заменять.

Помехи образуются из-за импульсов напряжения большой частоты в системе зажигания. Для отечественных автомобилей их величины следующие: ротор – до 8 кОм, свеча – 4–10 кОм, колпачок свечи – 4–13 кОм, центральный электрод – 8–14 кОм. Гибкий искусственный материал, обладающий высокой прочностью. 20% поливинилхлоридного пластиката ПДФ и 80% ферритового или марганец-никелевого и никель-цинкового порошка. Сравнить энергию искры с теми или иными проводами можно, подсоединив разрядник вместо свечей на автомобиле и провернув коленвал двигателя стартером. При этом желательно, а на автомобилях с каталитическим нейтрализатором отработанных газов – обязательно, отключить подачу топлива. Большое общее сопротивление во вторичной цепи сделает искру более бледной и тонкой. Разрядник представляет собой два электрода в изолирующем корпусе, расстояние между концами которых 7 мм. Имитировать разрядник можно, надежно закрепив наконечник высоковольтного провода на этом расстоянии от металлической детали двигателя.

К проводам высоковольтного напряжения многие автолюбители относятся как к второстепенной детали, да и в специализированных изданиях им мало внимания уделяется. А большинство продавцов в торговых точках ничего толкового не могут сказать, советуют что приобретать, основываясь на личных симпатиях, да собственной выгоде. И то дело – прокинуты провода между катушкой зажигания и свечами, ток проводят. Провода, они на то и провода, чтобы ток проводить. Какая может быть между ними существенная разница, влияющая на работу автомобиля? Но не все так просто.

Проводить и защищать

Основным призванием высоковольтных проводов является надежная передача электрических импульсов высокого напряжения от катушки зажигания к свечам. В зависимости от системы зажигания генерируемое напряжение может составлять от 25 кВ, до 50 кВ. И, казалось бы, чем меньше электрическое сопротивление, тем меньше будет потерь энергии, тем лучше будет работать система зажигания. Однако, существует оборотная сторона близкого к нулю электрического сопротивления – высокий уровень электромагнитных помех, убийственно влияющий на работу, напичканного электроникой современного автомобиля. Поэтому, девиз качественных высоковольтных проводов звучит почти как у американской полиции: «Проводить и защищать». Функции защиты сводятся не только к подавлению помех, но и предотвращению других неблагоприятных явлений. Во-первых, сами провода должны быть устойчивыми к агрессивной среде под капотом авто, выдерживать различный температурный режим (от -60°С до +240 °С) и не терять своих токопроводящих качеств. Во-вторых, простая с виду конструкция высоковольтных проводов, должна предотвращать утечку тока вплоть до контакта с наконечниками свечей. Некачественные или неисправные провода способны вывести из строя некоторые устройства автомобиля, например электронную систему, а также осложнить работу двигателя другими неприятностями. Утечка тока или повышенное сопротивление приводят к уменьшению силы импульса и как следствие, либо к замедлению зажигания, либо к «троению» и «замиранию» двигателя на повышенных оборотах, либо вообще к отсутствию искры, особенно если свечи имеют даже небольшое загрязнение. В результате падает динамика, растет расход топлива (на 4-7 %) и токсичность выхлопа.

Цена или ресурс?

Высоковольтные провода состоят из токопроводящей жилы, изоляции (защитного слоя), металлических контактов и колпачков. Дополнительным элементом являются гребенки, которые собирают провода в жгут. Если подразделять по применяемым материалам и технологии производства, то все высоковольтные провода можно условно отнести к трем категориям.

Первая категория – это провода с медной многожильной токопроводящей жилой с оболочкой из ПВХ пластика. Вторая - одножильные провода с изоляцией из ПВХ или EPDM (разновидность полиуретана). Подобные изделия требуют дополнительных помехоподавительных резисторов, кроме того, изоляция из ПВХ со временем под действием паров бензина, мороза и высокой температуры покрывается микротрещинами, в провода них проникает вода, сопротивление резко снижается и происходит утечка тока. Именно такими проводами оснащались и оснащаются большинство автомобилей отечественного производства. Наиболее технологичными сегодня признаны провода, где в качестве сердечника используется токопроводящая жила из неметаллического материала, будь то стекловолокно, полимеры, графит, лен, хлопок, кевлар, а также их сочетания. А изоляция из силикона (в крайнем случае, из силиконовой резины), обеспечивает высокое пробивное напряжение и отсутствие потерь в системе зажигания, что дает повышение общей мощности искры, более полное сгорание топлива, увеличение мощности двигателя и оптимальный расход бензина.

Все три категории по своим характеристикам полностью отвечают техническим требованиям и отличаются двумя факторами: ценой и ресурсом. Например, силиконовые провода, выпускаемые концерном «Цитрон» (Ставропольский край) способны прослужить не менее 160 000 тысяч километров без ограничения срока эксплуатации. В то же время несиликоновые – 30.000-50.000 километров или же 2-3 года эксплуатации в суровых российских условиях. При этом более технологичные силиконовые провода стоят в 3-4 раза дороже своих собратьев. Так что выбор сегодняшнего покупателя стоит между ценой и ресурсом.

Высоковольтные провода завтрашнего дня отличаются новейшими материалами, которые повышают устойчивость к агрессивной среде, обладают лучшими изоляционными и экологическими характеристиками. К примеру, американская корпорация «Delphi Packard Electric Systems» предлагает мировому автопрому кабель на основе технологии PPO, который более долговечен и сопротивление трению в 4 раза выше по сравнению с аналогами. И в то же время позволяет на 25% снизить массу изделия. Проводами из этого кабеля планируется оснащать с 2007 года Мерседесы С-класса. Стоит отметить, что именно «Delphi Packard» является мировым лидером по производству кабельной продукции из силикона. Из ее материалов сделаны высоковольтные провода большинства американских автомобилей. Одним из первых в России материалы «Delphi Packard» в производстве проводов начал использовать концерн «Цитрон» и обеспечил себе достойное место на рынке.

Пробивает там, где рвется…

Чтобы не промахнуться при выборе высоковольтных проводов стоит учесть несколько рекомендаций. Во-первых, следует обратить внимание на информацию, указанную как на упаковке, так и на самих проводах: производитель, применяемость и т.п.. Очень часто «левые» производители ошибаются в написании слова «силикон» по-английски. Правильный вариант «silicone». Это настолько частая ошибка, что даже одно из самых известных российских автоизданий в большом материале указало «silicon», что на русском обозначает «кремний». Во-вторых, обратите внимание на колпачки проводов. Они должны обеспечивать герметичность соединения и защищать контактные наконечники. Качественные колпачки производятся из резины на основе силиконового каучука. Толщина стенок должна быть не менее 3 мм. Именно в местах соединения контакта с токопроводящей жилы и другими деталями системы зажигания чаще всего и происходит нарушение электрической сети. Происходит это, как правило, либо при снятии проводов (нередко дергают прямо за провода) или плохом соединении с выводами соответствующих элементов системы зажигания вследствие окисления, неплотной посадки и т.п. В-третьих, следует обратить внимание на качество самого кабеля высоковольтных проводов. Лучшие – делаются из силикона, проверить их надежность можно простыми способами. Поднести кабель в открытое пламя – качественная изоляция не должна легко оплавляться или воспламеняться. Крепко скрутите кабель. Признаки смещения, скольжения между оболочкой и жилой, а также хруст указывают на плохое качество механического сцепления между оболочкой и изолятором. Также попытайтесь продольно сдвинуть изоляционный слой. Кабель должен быть практически монолитом, в противном случае при монтаже и снятии провода возможно нарушение защиты.