Катушка зажигания. Катушки зажигания - виды, устройство и принцип работы Катушка зажигания устройство и принцип

Не нужно иметь какое-то специальное автомобильное образование, чтобы понимать, что каждый элемент, входящий в структуру наиболее распространенного средства передвижения – автомобиля – даже самый маленький, является очень важным, и при его отсутствии дело может дойти вплоть до катастрофы. Не попадает в категорию исключений и система зажигания, а особенно ее поистине сердце – катушка. Поэтому так важно иметь представление об устройстве катушки зажигания и о ее принципе работы. Об этом и пойдет речь далее.

Катушка зажигания (иначе она еще может называться модулем) представляет собой один из элементов системы автомобильного зажигания, призванный преобразовывать напряжение низковольтного типа бортовой сети в импульс высоковольтного характера. После этого возникающее высокое напряжение становится причиной образования искры между электродами, принадлежащие к свече, и воспламенения топливно-воздушной системы.

В целом данный механизм представляет собой трансформатор, который располагает двумя обмотками и может применяться во всех системах: электронной, бесконтактной и контактной. Но в зависимости от типа катушки, ее устройству характерны определенные трансформации. Рассмотрим эти виды и их структуру.

1. Во множестве конструкций электронной системы зажигания может применяться сдвоенная катушка. Еще одно ее наименование – двухвыводная. Данный тип располагает двумя высоковольтными выводами, которые становятся причиной одновременного получения искры цилиндрами в количестве двух штук. Причем один из цилиндров размещается в конце такта сжатия, а в другом искра происходит вхолостую.

Этот тип может иметь не один вид соединения со свечами зажигания. Так, это может происходить при помощи приводов, характеризующихся высоким уровнем напряжения. А еще один способ объясняется таким образом: когда одна свеча напрямую связана через наконечник, а другая – при помощи ранее упомянутого провода с высоким напряжением.

Примечательно, что пара сдвоенных катушек может образовать уникальный единый механизм. При этом он будет носить новое название – четырехвыводный, что вряд ли стоит объяснять.

1. Электронную систему зажигания прямого типа вполне устроит индивидуальная катушка. Установка этого вида производится совместно с зажиганием, чья работа заведена исключительно на управление электронного характера, при этом обязательно условие – отсутствие любых механических частей. Зажигание в такой катушке осуществляется с помощью разряда, поступающий от конденсатора, потому эту систему и называют прямой. Базовая функциональная часть индивидуальной катушки состоит из витков, сделанные из медных проводов, для того, чтобы принимать первичное напряжение и преобразовывать вторичный контур. Из этого следует, что механизм данного типа включает в себя две обмотки – первичную и вторичную, причем первая находится внутри второй. Конструкция первичной обмотки отличается наличием внутреннего сердечника, а вокруг вторичной находится внешний сердечник.

В катушке индивидуального типа могут размещаться такие компоненты воспламенителя, как электронные. Когда во вторичной обмотке вырабатывается высокое напряжение, то оно напрямую подается на свечу(делается это при помощи наконечника, состоящего из стержня высокого напряжения, изолирующей оболочки и пружины). А для того, чтобы во вторичной обмотке ток высокого уровня напряжение был отсечен как можно быстрее, там устанавливается диод, который тоже характеризуется высоким уровнем напряжения.

1. Во всех трех ранее названных системах зажигания может использоваться общая катушка. При этом обязательно условие для системы электронного типа – наличие блока распределителя.

Как и ранее описанный индивидуальный тип, этот объединяет первичную и вторичную обмотки.

Первая состоит не менее чем из ста витков толстой проволоки, выполненной из меди, которая, дабы иметь возможность предупреждать резкие скачки напряжения вместе с коротким замыканием, была изолирована. Также первичная обмотка располагает двумя выводами низковольтных характеристик, которые находятся на крышке катушки.

Что касается вторичной обмотки, то она в своем составе имеет гораздо большее количество витков (предел обозначен цифрой 30000) тоже медной, но уже тонкой проволоки. Примечательно то, что в общей вторичная обмотка располагается внутри первичной, в отличие от индивидуальной.

Основная характеристика всех проанализированных видов заключается в сопротивлении обмоток, которое варьируется в зависимости от модели механизма. В случае, если значение отклоняется от оптимального, то это говорит о неисправности в работе катушки.

Нужно упомянуть и о том, что обмотки, чтобы иметь возможность повышать силу магнитного поля, размещаются вокруг сердечника, сделанного из железа. А все вместе это образует конструкцию, которую помещают в корпус с изолирующей крышкой. При этом катушка обязательно должна быть заполненной трансформаторным маслом – это должно предотвращать токовой нагрев.

Как работает

Принцип работы катушки зажигания основывается на базовых физических законах, которым учили еще в школе. Его можно охарактеризовать следующим образом: напряжение низковольтного типа отправляется в первичную обмотку. Все это создает магнитное поле. Иногда это напряжение может быть отсечено прерывателем, что становится причиной резкого сокращения магнитного поля вместе с образованием электродвижущей силы в витках катушки.

Если верить физическому закону касательно электромагнитной индукции, то величина электродвижущей силы, которая возникает таким образом, является пропорциональной количеству витков в обмотке контура. Этим можно объяснить то, что во вторичной катушке образуется высокого напряжения импульс, ведь там находится большое количество витков. Этот импульс подается к свече зажигания. Причем данный процесс не характерен для индивидуального типа, так как такой устанавливается непосредственно на свечу.

Именно благодаря этому импульсу, передаваемый при помощи катушки, между электродами свечи возникает искра, что становится причиной воспламенения топливно-воздушной смеси. А в тот момент, когда возникновение этой искры уже просто необходимо, контакты в распределителе-прерывателе размыкаются. В этот же момент происходит разрыв цепи первичной обмотки. Ток высоковольтного характера появляется на центральном контакте катушки, после чего вновь отправляется – на тот контакт, напротив которого в этот конкретный момент находится электрод бегунка. После всего этого происходит замыкание цепи, а импульс проходит на свечу зажигания, принадлежащей одному из цилиндров.

Небольшая рекомендация: катушка не особо приветствует длительные нагрузки, поэтому лучше включать на длительное время зажигание при факте отсутствия запуска двигателя. Это – проверенный факт, исполнение которого поможет максимально продлиться время действия описываемого механизма.

Устаревшие модели автомобилей располагали такими катушками, напряжение от которых приходило сразу ко всем свечам при помощи распределителя зажигания. Последний механизм оказался недостаточно надежным, в связи с чем в современных авто начали активно применять системы с катушками индивидуального типа, принадлежащий каждой отдельной свече. В связи с этим энергия искрообразования увеличилась, а уровень радиопомех, что создавала система зажигания, наоборот уменьшился. Также применение данной системы позволило распрощаться с необходимостью использовать высоковольтные провода, которые часто оказываются ненадежными.

Катушка, как важнейший элемент общей системы зажигания, нуждается в особенном внимании и уходе. Поэтому таким не стоит пренебрегать и ожидать до последнего, пока из строя выйдет на только данный механизм, но и вся система зажигания, а позже и автомобиль. Так что я рекомендую всегда находить время для осуществления хотя бы элементарной диагностики авто и системы зажигания в частности, тем более если о принципе ее работы теперь известно. И пусть автомобиль никогда не подводит.

Видео “Снятие катушки зажигания”

Посмотрев запись вы узнаете как можно самостоятельно снять катушку зажигания.

Это, пожалуй, единственное из электрооборудования автомобиля, которое не изменилось по принципу использования с момента зарождения батарейных систем зажигания. Усовершенствовались только способы управления. А альтернативы катушке выглядят фантастически, несбыточно и даже на слух малонадёжно, например, лазерная система зажигания. Хотя системы зажигания на пьезотрансформаторах имеют место быть, у них есть свои проблемы, и чаще используются в компактных системах зажигания.

Упомянуть надо ещё и «конденсаторные» системы зажигания, но конкуренции с «катушечными» они не выдерживают ни по стоимости, ни по надёжности (в следствии сложности конструкции).

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Катушка зажигания – это электрическое устройство преобразующее низкое напряжение бортовой сети автомобиля в импульсы высокого напряжения. Эти импульсы создают искру между электродами свечи зажигания. Искра же зажигает смесь в цилиндрах двигателя.

Основная задача катушки зажигания – обеспечить ток свечи зажигания, необходимый для гарантированного воспламенения топливно-воздушной смеси.

Существующие типы катушек зажигания для разных типов двигателя (до 16 клапанов)

Современные катушки зажигания можно разделить на несколько типов:

• работающая на все свечи – общая;

• на одну свечу – индивидуальная(на четырёхцилиндровый двигатель, например – четыре катушки зажигания).

Индивидуальные катушки зажигания применяют в основном на двигателях где 16 клапанов(точнее на двигателях у которых больше чем 2 клапана на цилиндр), потому как такое применение легко позволяет корректировать угол опережения зажигания не просто за оборот, но и от свечи к свече, что служит способом форсировки или поддержки нештатной работы двигателя. Да и устанавливаются в свечные колодцы между распредвалами, что, справедливости ради, не улучшает их долговечность из-за теплового режима.

• На две свечи – двухискровая (двигатель четыре цилиндра – система из 2 х катушек зажигания). Имеет внутри встроенный коммутатор (на который возложена корректировка времён необходимых для нормальной работы катушки) или просто усилитель зажигания (который только усиливает команды от блока управления);

• двухискровые могут быть конструктивно соединены в блоки зажигания. Так цена и габариты(относительно к просто двухискровым катушкам) системы зажигания снижаются. Хотя высоковольтный провод и наконечник на каждый цилиндр и остаются, но подключение к системе управления двигателем упрощается.

Схема устройства катушек

Строго говоря, катушка зажигания – это слэнг автолюбителей. У радиолюбителей катушка – это простая индуктивность, а то что ставят в автомобилях – это трансформатор. Трансформатор, который преобразует импульсы низкого напряжения в высоковольтные импульсы.

Устройство катушки зажигания не слишком сложное. Трансформатор может быть с разомкнутым сердечником, что-то по типу катушки Румкорфа. Такие катушки называли «бобина». Просто при разборке такой катушки зажигания ничего интересного, кроме мотка очень тонкого провода (сотые доли миллиметра диаметром) на пакете металлических пластин, внутри не было. Катушка может быть и с замкнутым сердечником, именно такие распространены в последнее время.

Итак, как устроена «бобина»:

1. Крышка.
2. Контактное гнездо.
3. Винт.
4. Вывод низкого напряжения.
5. Уплотнительная прокладка.
6. Кольцевой магнитопровод.
7. Первичная обмотка.
8. Вторичная обмотка.
9. Фарфоровый изолятор.
10. Кожух катушки.
11. Трансформаторное масло.
12. Сердечник.
13. Картонная прокладка.
14. Контактная пружина.

Современная индивидуальная катушка зажигания состоит из следующих компонентов (на схеме):

А так выглядит схема двухискровой катушки:

1. Выход высокого напряжения на первую свечу.
2. Выход высокого напряжения на вторую свечу.
3. Масса для заливки.
4. Клеммы низкого напряжения.
5. Железный сердечник.
6. Первичная обмотка.
7. Вторичная обмотка.

Принцип работы

Рассмотрим принцип работы устройства.

Один конец первичной обмотки подключен к цепи 15 автомобиля(+ после замка зажигания). Второй же конец идёт на коммутирующий элемент, механический контакт или транзистор. Когда контакт замкнут, нарастающий ток в первичной обмотке вызывает рост магнитного поля в сердечнике катушки.

Это и есть процесс накопления энергии. Когда контакт первичной цепи размыкается, происходит высвобождение накопленной энергии магнитного поля через вторичную обмотку в искровой зазор высоковольтной цепи системы зажигания. То есть энергия катушки зажигания или, иначе, высокое напряжение из катушки зажигания по бронепроводам вызывает искру между электродами свечи.

В принципе, схема включения катушки зажигания в электроцепи автомобиля является обратноходовым преобразователем. Почему преобразователь – понятно. А почему обратноходовый? Потому что катушка зажигания работает в тот момент, когда, собственно, перестают подавать на неё энергию. На «обратном» ходе.

Почему сделано так? Потому что накопление энергии в катушке занимает время. И время выдачи искры при других принципах включения сильно зависит от величины общего искрового промежутка в цепи искры. Т.е. угол опережения зажигания будет сильно плавать.

Обладать большой волатильностью, как сейчас модно говорить. А так как задача устройства дать искру гарантированной энергии в гарантированное время, был выбран такой принцип образования искры. Также в системах с индивидуальными катушками это уменьшает количество меди, используемой в качестве первичной обмотки, потому что можно поднять её индуктивность из-за большего возможного времени на накопление энергии.

2-искровые устройства

2-ухискровая катушка зажигания работает с одним отличием от одноискровой (общей или индивидуальной). У неё оба вывода вторичной обмотки выполнены для подключения свечей. Т.е. за один цикл работы искра проскакивает в двух свечах. А свечи соответственно выбираются в цилиндрах, в одном из которых идёт рабочий ход, а во втором начинается цикл впуска.

Использование такой схемы работы требует дополнительных конструктивных решений, что, как ни странно, повышает ресурс катушки. В данной конструкции легко обеспечить большой зазор высоковольтной обмотки от массы автомобиля, что облегчает работу диэлектрика обмоток. И легко вынести сердечник за корпус обмоток, что унифицирует катушку зажигания с другими намоточными радиоэлектронными приборами, от этого снижается цена устройства.

Цены на катушки

Ценообразование на катушки зажигания в основном зависит от их конструктивных особенностей и схемы устройства. В частности, объединение двухискровых катушек в блоки позволяет не только уменьшить конечные габариты устройства, но и снизить его стоимость.

Возможные неисправности

Неисправностей в катушке зажигания не так уж и много. Выделим два класса: неисправности, из-за которых вообще теряется искра, и неисправности, из-за которых параметры искры не позволяют нормально работать двигателю.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Вообще искры может не быть по следующим причинам (при прочем исправном оборудовании, т.е. первичная цепь катушки зажигания исправна):

• обрыв первичной обмотки;
• полное замыкание первичной обмотки;
• выгорание встроенной электроники (если она есть).

А вот причины потери параметров искры:

• межвитковое замыкание первичной обмотки;
• межвитковое замыкание вторичной обмотки;
• обрыв вторичной обмотки (да-да, обрыв вторичной обмотки – просто даёт дополнительный искровой промежуток в общий искровой промежуток высоковольтной цепи зажигания и какое-то время, часто довольно длительное, автомобиль может работать внешне вполне нормально);
• пробой в высоковольтной цепи катушки (энергия искры будет достаточной, но пробиваемый зазор будет недостаточен для работы свечей на тяжёлых режимах работы двигателя);
• потеря рабочих параметров встроенной электроники.

Если в первом случае искры вообще нет, то во втором случае может присутствовать «плавающая» неисправность. Т.е. неисправность проявляющаяся не систематически. Такие сложно выловить, хотя есть общий признак – ненормально высокая температура катушки зажигания.

Алгоритм замены катушки зажигания на Лада Приора

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Замена одной или нескольких катушек зажигания подчиняется общим принципам. Рассмотрим на примере автомобиля марки Лада Приора:

• необходимо убедиться, что зажигание автомобиля выключено (для любого автомобиля);
• снимаем верхнюю крышку защиты двигателя (если есть, откручиваем или отщёлкиваем клипсы);
• снимаем разъём идущий от ЭБУ к индивидуальной катушке зажигания;
• откручиваем болт, удерживающий ее;
• вытаскиваем неисправный индивидуальный модуль из свечного колодца;
• вставляем исправную катушку на освободившееся место;
• закручиваем обратно болт крепления;
• прикручиваем/защёлкиваем верхнюю крышку защиты двигателя.

Замена катушки на двигателях (на автомобилях Ниссан, Шевроле, Хонда, Форд, Опель, Рено Логан или Пежо)

Процесс замены катушек, в целом, происходит по одинаковому алгоритму на автомобилях всех марок, так как принцип их установки и работы на них одинаков. Поэтому при необходимости замены устройства можно опираться на общие правила, указанные выше.

Проверка работоспособности

Проверить работоспособность катушки в системе зажигания довольно легко. Небольшая сложность возникает при проверке индивидуальных катушек зажигания и модулей. Дальше считаем, что наш электронный блок управления двигателем не диагностирует обрыв в цепи модуля (иначе придётся делать следующую процедуру одновременно со всеми катушками).

Главное — обеспечить в высоковольтной цепи катушки достаточный зазор для проверки искры. Если катушка общая, отсоединяем бронепровод из распределителя зажигания, устанавливаем в него свечу.

Свеча подготовлена следующим образом:

• берём болт или кусок металлической шпильки и прикручиваем изолентой к одному концу бруска из какого-нибудь диэлектрика, сухого дерева, куску полипропиленовой трубы от отопления или тому подобному;
• к этому болту прикручиваем провод и присоединяем его к массе автомобиля;
• к другому концу бруска прикручиваем старую свечу с отломанным боковым электродом так, чтобы зазор между центральным электродом свечи и болтом был 8-11 мм для контактной системы зажигания, 22-25 мм для электронных систем зажигания.

Затем просто крутим двигатель стартером. Искра должна быть хорошо видима, и иметь, желательно, жёлтый цвет.

Если искры не видно, но слышны щелчки – вероятно есть пробой цепи искры на массу. Если щелчков нет – вероятен как обрыв, так и неисправность коммутирующих устройств.

Для диагностики двухискровых катушек зажигания приспособление можно сделать из двух свечей с отломанными боковыми электродами, с выставленным нужным зазором. И нет необходимости соединять их с землёй, даже рекомендуется держать их подальше от массы автомобиля при испытаниях.

Также не рекомендуется проводить проверки катушки зажигания на искру вставив просто отвёртку и положив её на двигатель. Так как двигатель при заводке трясёт, существует вероятность падения приспособления и попадания высокого напряжения на электронику автомобиля, что чревато. Да и зазор искры таким способом выставить и удержать при заводке невозможно.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

И ещё не маловажное условие: необходимо учесть, что при проверке индивидуальных или сдвоенных модулей требуется прервать подачу топлива к двигателю. Проще всего это сделать вытащив предохранитель бензонасоса или разъединить жгут идущий к бензонасосу.

Другие проверки требуют определённых знаний и приборов, потому их рассматривать не будем. Главная задача — увидеть наличие искры. А за остальным лучше обратиться к специалистам.

Катушка считается основной деталью системы зажигания, при ее неработоспособности пуск мотора машины невозможен. Это связано с тем, что принцип работы катушки зажигания позволяет произвести появление искры, необходимой для запуска силового агрегата.

[ Скрыть ]

Назначение катушки зажигания в автомобиле

Такое устройство предназначено для накапливания энергии и выработки напряжения. Оно требуется для появления разряда, подающегося на электрод свечки. Наличие искры способствует эффективному запуску силового агрегата. Основная опция устройства основана на работе закона индукции. Ток, поставляемый АКБ, в нужный момент зажигания перестает подаваться на устройство.

Конструктивные особенности КЗ

КЗ для машины устроена следующим образом:

1. Изоляторный элемент. Применяется в качестве изоляционной детали.
2. Корпус устройства. В него заключены остальные компоненты КЗ. Обычно выполняется из металла, может производиться из высокопрочного пластика.
3. Изоляционная бумага.
4. Первичная обмотка. Независимо от типа системы, эта деталь состоит из основного проводника. Кабель должен быть заизолирован. В зависимости от модели КЗ он может насчитывать от 100 о 150 витков. Первичная обмотка оборудуется выходами, каждый из которых рассчитан на 12 вольт.
5. Вторичная обмотка. Ее монтаж обычно выполняется снаружи устройства, а количество витков в детали может состоять от 15 до 30 тысяч. Подобные механизмы устанавливаются в , двухвыводные, а также сдвоенные катушки, их наличие могут включать в себя индивидуальные системы. Внутри вторичного элемента формируется напряжение, составляющее около 35 тысяч вольт, оно в дальнейшем подается на свечи. Для качественной изоляции контактных элементов в КЗ используются наконечники.
6. Клеммный контакт первичной детали. Он может обозначаться на КЗ символом К.
7. Контактный болт. Применяется для фиксации устройства и передачи контакта.
8. Центральный выход, по которому передается высоковольтное напряжение. Оно подается на свечи.
9. Защитная крышка устройства.
10. Клеммный элемент питания. Предназначается для подключения катушки к бортовой сети.
11. Контактная пружинка устройства.
12. Скоба.
13. Внешний кабель для подключения устройства.
14. Сердечник. Конструкция элемента препятствует образованию вихревых токов.

Конструктивная схема устройства КЗ в авто

Расположение катушки зажигания в автомобиле

Чтобы узнать, где находится КЗ в конкретном автомобиле, рекомендуем обратиться к сервисному руководству по эксплуатации. Обычно устройство располагается в моторном отсеке. Его можно увидеть на крыле либо на разделительной перегородке, которая отделяет салон машины от моторного отсека. В некоторых случаях устройство может находиться непосредственно на силовом агрегате.

Принцип действия катушки зажигания

В целом принцип работы катушки зажигания можно разделить на четыре этапа:

1. Ток подается на первичное устройство трансформаторного узла и образует в нем магнитное поле.
2. В результате прекращения подачи тока поле образует ток высокого напряжения на вторичном устройстве.
3. От вторичного компонента напряжение подается на основную клемму узла.
4. С клеммного элемента напряжение поступает на распределительный узел. Оттуда оно подается на свечи, где происходит искровой разряд.

Автомобильная КЗ работает по принципу трансформаторного устройства. Сначала наматывается вторичная обмотка, она оснащена тонким проводником, а затем — первичная. Количество витков последней меньше, но проводник значительно толще. Когда происходит соединение контактных частей, величина первичного тока возрастает до наибольшего значения. Она определяется параметром напряжения АКБ, а также значением омического сопротивления первичного устройства.

Ток, нарастающий в системе, встречает сопротивление самоиндукции, которое направлено встречно на напряжение АКБ. При замыкании контактных элементов по первичному устройству проходит ток и создает магнитное поле, пересекающее в том числе и вторичную обмотку. В результате в последней образуется ток высокого напряжения. В тот момент, когда происходит размыкание контактных элементов прерывательного устройства, в обеих обмотках появляется ЭДС самоиндукции. Чем величина вторичного напряжения выше, тем быстрее пропадает магнитный поток, образованный первичным устройства.

На ферромагнитный сердечник может подаваться первичный ток, что способствует снижению энергии, которая собирается в магнитном поле. Чтобы понизить насыщение, в конструкцию может добавляться разомкнутый магнитопровод. Это дает возможность создавать КЗ, в которых величина индуктивности первичного устройства составит до 10 мГн, а параметр первичного тока — 3-4 ампера. Не допускается использование более высокой величины тока, поскольку это приведет к обгоранию контактных элементов прерывательного устройства.

Принцип работы катушки зажигания в авто подробно представлено в видеоролике канала NGKNTK EMEA.

В результате увеличения силы тока на вторичном участке электроцепи напряжение резко снижается до так называемого напряжения дуги. Последняя величина остается неизменной до момента, пока запас энергии не упадет до минимального параметра. В среднем длительность батарейного составляет около 1,4 мс. Как правило, этого хватает для возгорания горючей смеси. Когда напряжение дуги из системы пропадает, остаточная энергия используется для поддержки затухающих колебаний тока и напряжения.

Длительность дугового заряда зависит от:

• значения запасенной энергии;
• соотношения топлива и воздуха в горючей смеси;
• частоты, с которой вращается коленчатый вал двигателя;
• степени сжатия и т. д.

Если частота вращения коленчатого вала ДВС возрастает, то время, при котором контактные элементы прерывательного устройства остаются замкнутыми, снижается. А первичный ток за этот промежуток не успевает увеличиться до максимального значения. Это приводит к уменьшению запаса энергии, которая собирается в магнитной системе КЗ, в результате чего падает вторичная величина напряжения.

Отрицательные характеристики систем, в которых используются механические контактные элементы, проявляются при слишком низких либо высоких обротах двигателя. Если частота вращения небольшая, то между контактными компонентами прерывательного узла появляется дуговой заряд, который забирает часть энергии. При слишком высоких оборотах падает параметр вторичного напряжения, что связано с вибрацией контактов прерывательного узла. В зависимости от типа КЗ может оснащаться добавочным резисторным элементом, такие устройства работают по другому принципу.

Канал Soldering подробно рассказал о проверке такой характеристики КЗ, как сопротивление, с использованием мультиметра.

При пусковом режиме, когда напряжение от АКБ снижается, резисторное устройство замыкается посредством дополнительных контактов, расположенных на тяговом реле. Для этого могут применяться контактные элементы дополнительного реле активации стартерного устройства. Это позволяет первичному механизму выработать напряжение, составляющее 7-8 вольт. При рабочем режиме функционирования силового агрегата параметр напряжения, необходимого для питания электрооборудования, составляет 12-14 вольт.

Для намотки добавочного резисторного устройства обычно применяется никелевая либо константовая проволока. Если используется первый вариант, то сопротивление считается вариаторным, поскольку оно изменяется в соответствии с величиной проходящего тока. При работе ДВС на повышенных оборотах величина первичного тока снижается, а параметр сопротивления падает.

Требования к современным катушкам зажигания

Требования, которые предъявляются ко всем современным КЗ:

1. Простота конструкции. Чем проще устроена КЗ, тем легче ее установить и обслужить в дальнейшем. При более простом устройстве потребитель сможет самостоятельно провести диагностику в случае появления неполадок.
2. Небольшие габариты и масса.
3. Высокий ресурс эксплуатации. Надежность устройства позволит обеспечить долгий срок службы.
4. Надежная защита от воздействия влажности и повышенных температур. Важно, чтобы конструкция катушки, а также материалы, которые применялись для ее производства, были устойчивы к повышенным температурам и влаге. Это позволит обеспечить эффективную работу КЗ при изменении погодных условий и воздействии агрессивной среды, характерной для моторного отсека. Пары, которые исходят от топлива и моторной жидкости, не должны нанести вред устройству и его корпусу. Если будет поврежден корпус конструкции, это приведет к ухудшению функционирования КЗ в целом.
5. Точность посадки устройства, а также устойчивость к появлению короткого замыкания. Конструкция КЗ должна быть выполнена так, чтобы ее размеров хватало для отвода тепла и обеспечения температурной стабильности.

Технические характеристики катушек зажигания

Основные характеристики устройств приведены в таблице.

Характеристика	Описание
Индуктивность	Этот параметр определяет способность КЗ накапливать электроэнергию и измеряется в Гн. Энергия, собирающаяся внутри первичного элемента устройства, является пропорциональной показателю индуктивности. Чем выше значение индуктивности, тем больше энергии сможет накопить механизм
Параметр трансформации	Определяет, как сильно КЗ может увеличить величину первичного напряжения. На первичный элемент поступает 12-вольтное напряжение от АКБ, а когда цепь размыкается, ток снизится от 6-20 ампер до 0. В результате изменения тока появляется напряжение на первичной составляющей, а параметр трансформации определяет, как сильно выросла эта величина. Данное значение определяется соотношением количества витков во вторичном и первичном устройствах
Величина сопротивления КЗ	Первичное устройство катушки обладает сопротивлением, составляющим около 0,25-0,55 Ом, а вторичное — от 2 до 25 кОм. Величина мощности образования искры, а также ее энергии обратно пропорциональны параметру сопротивления в первичной составляющей. Чем больше это значение, тем меньше величина энергии и мощности, которая образуется при подаче искры
Энергия искры	Данный параметр составляет около 0,1 джоуля и расходуется на протяжении 1,2 мс. В самой свече энергия появляется в результате образования дугового заряда при появлении пробоя между электродными элементами. Значение напряжения на деталях определяется диаметром свечи, а также зазора между электродными компонентами и материала, из которого он изготовлен. Также на эту величину влияет температура и давление в камерах сгорания ДВС, состав горючей смеси. Для эффективной работы свечей величина напряжения, образующегося в КЗ, будет в полтора раза больше напряжения, необходимого для обеспечения пробоя
Параметр напряжения пробоя	Сам пробой образуется между электродными компонентами свечи, если величина напряжения на них и пробое соответствует друг другу. Рабочий параметр определяется зазором между электродами, параметром давления в камерах сгорания, а также температурой горючего состава. При пуске ДВС на холодную данная величина должна быть больше, это позволит появиться пробою и появлению искрового разряда. Это важно, поскольку горючее, а также воздух в двигателе еще холодные
Число искр, появляющихся в минуту	Для расчета количества искр за одну минуту надо знать показатель оборотов коленчатого вала, а также число цилиндров в ДВС. Значение искр можно вычислить путем разделения количества оборотов, умноженных на число цилиндров. А полученный показатель поделить на число тактов мотора

Виды катушек зажигания автомобиля

Существует несколько разновидностей КЗ, использующихся в автомобилях. Каждый тип имеет свою схему и особенности.

Общая катушка зажигания

Такой тип устройств применяется в системах с распределительным устройством либо без него. Эта разновидность катушек является самой простой по устройству и наиболее распространенной.

Ранее общие катушки зажигания повсеместно устанавливались на все авто.

Схема общей катушки зажигания

Схема подключения общей автомобильной КЗ

Особенности общей катушки

Особенности, характерные для общего типа устройств:

1. Максимальная величина рабочего вторичного напряжения варьируется в диапазоне от 18 до 20 кВ.
2. Сердечник устройства выполняется из пластин, изготовленных из электротехнической стали. Толщина каждой из них составляет от 0,35 до 0,5 мм. Все пластины изолированы относительно друг друга, в качестве изоляционного слоя используется лак либо окалина.
3. На сердечник устройства монтируется изоляционная трубка, сверху которой устанавливается вторичный элемент.
4. Корпус устройства изготовляется из листовой стали либо алюминия. Внутри него по стенке располагается магнитопровод. Последний сделан в виде свертка широкой ленты из электротехнической стали.
5. Величина скорости, при которой в общей КЗ нарастает вторичное напряжение, составляет от 200 до 250 В/мкс.
6. Общая продолжительность фаз, при которых происходит разряд искры — до полутора секунд.
7. Рабочее значение энергии, при которой происходит разряд искры, составляет от 15 до 20 мДж.

Индивидуальная катушка зажигания

Индивидуальный тип устройств появился позже. Такие катушки применяются в системах электронного зажигания и считаются более надежными.

Схема индивидуальной катушки зажигания

Схема конструкции и подключения индивидуальной КЗ

Особенности индивидуальной катушки

Особенности, характерные для устройств индивидуального типа:

1. Такие КЗ также оснащаются двумя обмотками — первичной и вторичной. Но в них первичный элемент устанавливается внутри вторичного.
2. Один сердечник монтируется внутри первичного устройства, а второй — вокруг вторичного.
3. Сама КЗ монтируется на свечу. Благодаря этому передача высоковольтного сигнала производится без потери энергии.
4. Устройства индивидуального типа могут включать в себя электронные элементы воспламенительного механизма.
5. Подача высоковольтного сигнала, который образуется во вторичном устройстве, осуществляется непосредственно на свечку. Передача производится благодаря наличию наконечника, который состоит из пружинного элемента, высоковольтного стержня, а также изоляционного слоя.
6. Основной особенностью данного типа КЗ является наличие диода. Он используется для оперативного отсекания высоковольтного тока на вторичном устройстве.

Сдвоенная катушка зажигания

Сдвоенный вариант КЗ — усовершенствованная версия общего типа устройства. Используется во многих .

Схема сдвоенной катушки зажигания

Схема устройства КЗ сдвоенного типа

Особенности сдвоенной катушки

Особенности, характерные для сдвоенного типа устройств:

1. Такой тип оборудования оснащается двумя высоковольтными контактами. Каждый из них предназначен для синхронного образования искры на свечах, установленных на двух цилиндрах. Причем только один из них будет располагаться в конце такта сжатия. На втором цилиндре искра будет проходить вхолостую.
2. Подключение к свечкам может быть выполнено двумя методами. Либо посредством высоковольтных кабелей, либо одна из них соединяется напрямую с помощью наконечника, а вторая — с помощью кабеля.
3. По конструкции сдвоенные устройства устанавливаются в одном блоке по две штуки. Тогда КЗ будет считаться четырехвыводной.
4. В конструкции устройства может не использоваться распределительный узел, но тогда подача искры будет осуществляться на два цилиндра ДВС.

Длительность срока службы катушек зажигания в первую очередь зависит от правильности их использования.

Поэтому автовладельцу надо знать о техническом обслуживании и нюансах эксплуатации устройств. Разумеется, дешевые и низкокачественные КЗ не могут похвастаться высоким ресурсом эксплуатации.

Правила технического обслуживания катушек

Правила обслуживания устройств:

1. Нельзя оставлять машину на долгое время с активированным зажиганием, если силовой агрегат не заведен. При включенном зажигании не только быстрее разряжается аккумулятор, но и падает ресурс эксплуатации КЗ.
2. Периодически катушка нуждается в техническом обслуживании. Устройство надо очищать от пыли и загрязнений. Требуется диагностика качества фиксации высоковольтных кабелей. Они должны быть надежно зафиксированы как на свечах, так и на самой катушке. При проверке надо убедиться, что на корпус устройства и внутрь не попадает вода, в противном случае возможен скорый выход из строя КЗ.
3. Не допускается отключение «высоковольтника» от устройства голыми руками, когда выполняется техобслуживание системы. Нельзя этого делать и при активированном зажигании.
4. Неполадки в работе КЗ можно выявить посредством визуальной диагностики или проверить устройство на наличие искры. Визуальная проверка позволит определить трещины и прочие дефекты на корпусе устройства. О проблемах в работе КЗ сообщат электрические прожиги, которые имеются на крышке рядом с разъемом для «высоковольтника».

Неисправности КЗ

Неполадки, которые могут произойти при длительной эксплуатации или неправильном использовании:

1. При долгом использовании есть вероятность появления замыкания в обмотках устройства. Если это произойдет, то трансформаторный узел будет перегреваться и не сможет выполнять свои функции.
2. Длительное использование КЗ при температуре более 150 градусов станет причиной выхода из строя устройства.
3. Поломка устройства может произойти при некорректной работе АКБ. Если батарея не в состоянии выдать необходимое напряжение, то катушка будет функционировать неправильно. Важно, чтобы АКБ могла выдавать как минимум 11,5 вольт напряжения.
4. Нарушения в работе устройства могут быть спровоцированы повреждением высоковольтного кабеля.
5. Повреждение изоляционного слоя внутри механизма приведет к тому, что устройство не сможет генерировать необходимое напряжение. Подобные проблемы обычно проявляются в результате попадания жидкости или смазочного вещества внутрь через поврежденный уплотнитель. Это приводит к увеличению величины сопротивления.
6. Индивидуальные катушки особенно чувствительны к повышенным вибрациям, которые издает ГБЦ. Это приводит к быстрой поломке устройств.

Фотогалерея

Фото разных типов устройств представлены в этом разделе.

Видео «Самостоятельная диагностика работы КЗ»

Канал MotoDalnoBoy рассказал о причинах неисправностей, а также показал способы проверки катушки с использованием тестера.

Широко используются вы­ходные каскады с индивидуальными катушками за­жигания для каждой свечи в отдельности. В объединенной блок на катушки могут устанавливаться силовые транзисторы. Это делается с целью разгрузки контроллера от множества выходных каскадов.

Рис. Блок свеча-катушка зажигания:
1 – втулка болта крепления; 2 – радиатор выходного каскада; 3 – электронный блок; 4 – сердечник катушки зажигания; 5 – первичная обмотка; 6 – замыкающий магнитопровод; 7 – демпфирующая шайба; 8 – помехогасящий резистор; 9 – силиконовый изолятор; 10 – вторичная обмотка

Примером системы зажигания с блоками свеча-катушка может служить система зажигания фирмы BOSCH, интегрированная в электронную систему автоматиче­ского управления (ЭСАУ) двигателем, которая извест­на под названием Мотроник.

В качестве примера можно привести функциональную схему ЭСАУ Мотроник M-3.2, которая устанавливается на четырехцилиндровых двигателях автомобилей AUDI-A4 выпуска после 1995 года.

Рис. Статическая система зажигания Мотроник M-3.2 AUDI-A4 с индивидуальной катушкой на каждый цилиндр:
ДН – датчик нагрузки (потенциометр дроссельной заслонки); ДХ – датчик угла опережения зажигания (датчик Холла); ДО – датчик частоты вращения (магнитоэлектрический датчик на коленчатом валу); ДТ – датчик температуры двигателя (термистор); ДД – пьезоэлектрический датчик детонации; S – сигнал зажигания, поочередно подаваемый на входы коммутатора; А, В – контакты соединительного разъема; VТ – силовые транзисторы коммутатора; N – индуктивные накопители; ТЗ – катушки зажигания; СВ – свечи зажигания.

В контроллере J220 имеется микропроцессор с блоком памяти, в котором хранится трехмерная ха­рактеристика зажигания. По этой ха­рактеристике, а также по сигналам датчика ДО G-28 (датчик частоты вращения двигателя) и датчика ДН G 69 (датчик нагрузки двигателя) устанавливается начальный угол опережения зажигания. Далее по сигналам датчиков ДХ G-40, ДТ G-62 и ДД G-66 в цифровом микропроцессоре производится вычис­ление текущего (необходимого для данного режима работ ДВС) значения угла опережения зажигания, который с помощью электронной схемы переключе­ния каналов подается в виде основного импульса S зажигания в соответствующий канал электронного, коммутатора К-122. К этому времени в этом канале индуктивный накопитель N находится в заряженном, (от бортовой сети +12 В) состоянии и по сигналу S разря­жается на соответствующую . Через 180° поворота коленчатого вала описанные процессы будут иметь место в следующем (по порядку работы двига­теля) канале коммутатора.

Основные преимущества системы зажигания Moтроник состоят в следующем:

• индивидуальное статическое распределение высокого напряжения по свечам зажигания
• катушки зажигания с заземленной вторичной обмоткой
• все входные датчики ( , датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик температуры ДВС, дат­чики дроссельной заслонки, датчик детонации) – это формирователи электрических сигналов из неэлект­рических воздействий бесконтактного принципа действия. Аналоговые сигналы от этих датчиков преобразуются в контроллере в цифровые сигналы
• селективная коррекция угла опережения зажигания по детонации (в каждом цилиндре в отдельности)
• отключение цилиндров ДВС при перебоях в искрообразовании (защита дорогостоящих компонентов двигателя – кислородного датчика и каталитического нейтрализатора от повреждений
• наличие в контроллере функций самодиагностики и резервирования

28 января 2018

Подаваемая в цилиндры двигателя горючая смесь воспламеняется искрой, проскакивающей в нужный момент между электродами свечи. Столь мощный искровой разряд создается электрическим импульсом высокого напряжения. Чтобы понять, как это реализовано в автомобиле, стоит изучить конструкцию и принцип работы катушки зажигания, играющей в данном процессе главную роль.

Зачем нужна катушка?

Для своевременного и полного сжигания топливовоздушной смеси в цилиндре необходимо выдержать ряд условий:

• мощность электрического разряда порядка 20 тыс. вольт;
• подача импульса на свечу при достижении поршнем верхней точки с опережением 5° оборота коленчатого вала;
• зазор между электродами – 0,8–1,0 мм.

За выполнение первого условия отвечает именно высоковольтная катушка. Общеизвестно, что напряжение бортовой сети транспортных средств составляет 12 В, на некоторых грузовиках (например, КаМАЗ) – 24 В. Подобные характеристики не подходят для уверенного искрообразования.

Чтобы создать мощную искру, пробивающую воздушную прослойку шириной 1 мм, низкое напряжение необходимо преобразовать и создать более высокий потенциал – около 20 кВ. Для этого служит высоковольтная катушка зажигания, которая работает в составе системы следующим образом:

1. Когда поршень в одном из цилиндров приближается к верхней мертвой точке (ВМТ), завершается такт сжатия.
2. Электронный блок управления, получающий информацию от датчика положения коленчатого вала, дает команду на искрообразование, отправляя сигнал размыкающему реле.
3. В режиме ожидания катушка постоянно находится под напряжением бортовой сети – 12 В. Реле по команде контроллера размыкает данную цепь и питание обмотки прекращается.
4. В момент разрыва элемент вырабатывает высоковольтный импульс, отправляемый по изолированным проводам к электродам соответствующей свечи.

Справка. Описанный алгоритм применяется на автомобилях с прошлого века. Тогда разрыв цепи питания обеспечивал кулачковый вал распределителя зажигания, размыкающий контакты механическим способом.

Отсюда становится понятно назначение катушки зажигания – образование кратковременного высоковольтного импульса, пользуясь низким напряжением от аккумуляторной батареи. Как это происходит внутри элемента, читайте в следующем разделе.

Конструкция и принцип действия

Устройство рассматриваемого элемента системы зажигания выглядит так:

• металлический сердечник подключен к основному контакту, соединяемому с центральным электродом свечи зажигания посредством высоковольтного провода;
• вокруг сердечника выполнена вторичная обмотка, состоящая из большого числа витков тонкого медного проводника с изоляцией;
• поверх вторичной обмотки предусмотрен слой диэлектрика и небольшое количество витков толстой медной проволоки – первичная обмотка;
• сердечник с обмотками помещен внутрь герметичного пластикового корпуса, наполненного трансформаторным маслом;
• обмотки подключены по последовательной схеме, 2 соединенных конца выведены на одну внешнюю клемму, два других – на отдельные контакты.

Примечание. Характеристики обмоток – толщина провода и количество витков отличаются в зависимости от марки и модели авто. Число витков первичной обмотки редко превышает 150, вторичной – 30 тыс.

К центральной клемме катушки присоединен высоковольтный провод, идущий к распределителю зажигания либо прямо на свечу. Оставшиеся контакты подключаются к минусовой клемме аккумулятора (массе) и плюсовому проводу цепи низкого напряжения.

Принцип действия повышающей катушки основан на эффекте электромагнитной индукции – создании постоянного поля вокруг сердечника. Как искрообразование реализовано на практике:

1. К первичной обмотке после включения зажигания подводится напряжение 12 В от аккумулятора. Возникает электромагнитное поле, усиливаемое железным сердечником.
2. Когда стартер проворачивает коленчатый вал и какой-либо поршень доходит до ВМТ, электроника посредством реле разрывает низковольтную цепь питания.
3. Разрыв цепи провоцирует образование кратковременного импульса внутри второй многовитковой обмотки. В этот момент напряжение на катушке зажигания достигает 20 тыс. вольт и более.
4. Ток передается на свечу, проскакивает искровой разряд и топливная смесь поджигается. Двигатель заводится.

После запуска двигателя первая обмотка питается от генератора, а вторичная непрерывно вырабатывает новые импульсы, поочередно направляемые распределителем к свечам всех цилиндров.

Виды высоковольтных элементов

Выше представлено описание простой конструкции повышающего напряжение трансформатора, обеспечивающего разрядами все цилиндры двигателя. Куда направить каждую последующую искру, определяет трамблер, он же – главный распределитель зажигания.

В современных моторах, управляемых электроникой, трамблеры не ставятся и применяются другие разновидности катушек:

• с двумя контактами высокого напряжения;
• индивидуальные.

Первый тип внешне напоминает обычный трансформатор со стальным сердечником, собранном из Ш-образных пластин. Функциональное отличие – подача импульса одновременно на 2 клеммы, подключенные к свечам двух цилиндров. Поскольку такты сжатия в них происходят в разные моменты, устройство создает искру на электродах обеих свечей. В одной камере происходит воспламенение, в другой разряд проскакивает вхолостую.

На четырехцилиндровый силовой агрегат ставится 2 двухвыводных трансформатора, образующих так называемый модуль зажигания. На многих марках автомобилей он представляет собой единую деталь, куда подключены все провода низкого и высокого напряжения.

Справка. Существует и другая схема подключения – на каждую свечу отдельный двухвыводной трансформатор, присоединенный одним изолированным проводом.

Устройство катушки зажигания индивидуального типа в корне отличается от предыдущих конструкций:

• первичная и вторичная обмотка поменялись местами – вторая находится сверху;
• габариты устройства существенно уменьшились;
• мини-катушка устанавливается прямо на центральный контакт свечи;
• высоковольтные провода отсутствуют.

Количество индивидуальных трансформаторов зависит от числа цилиндров силового агрегата – на каждую свечу ставится отдельная катушка. Преимущество данного устройства – отсутствие потерь и пробоев на участке от источника импульсов до свечных электродов, то бишь, – на бронепроводе. Второе достоинство – снижение стоимости ремонта: заменить один малый трансформатор дешевле и проще, чем весь модуль зажигания.

Принцип работы индивидуальных элементов остается неизменным – разрыв низковольтной цепи создает в многовитковой обмотке скачок напряжения, сразу передаваемый на электроды свечи зажигания. Для защиты от перегрузок в цепь включен полупроводниковый диод.

О неисправностях и способах устранения

Модули зажигания можно смело отнести к деталям длительного использования. При правильной эксплуатации минимальный ресурс элемента составляет 100 тыс. км пробега машины. Нередко повышающий трансформатор работает в течение всего срока службы транспортного средства.

В процессе эксплуатации катушки необходимо помнить о следующих моментах:

1. Причиной преждевременной поломки элемента часто становится длительный перегрев.
2. С годами свойства изоляционных материалов внутри обмоток ухудшаются. Повышается вероятность межвиткового замыкания, ведущего к перегреву и перегоранию проводников.
3. В силу особенностей конструкции высоковольтная катушкане подлежит ремонту и восстановлению. Некоторые модели можно разобрать и попытаться устранить обрыв или замыкание, но практика показывает, что надежнее и дешевле поставить новую запчасть.
4. Для нормальной работы элемента и стабильного искрообразования нужно обеспечить минимальное напряжение бортовой сети 11,5 вольт. Если из-за неисправности генератора либо разрядки аккумуляторной батареи вольтаж не достигает нормы, износ трансформатора ускоряется.
5. По той же причине уменьшается мощность искрового разряда на электродах свечей, рабочая смесь воспламеняется и сгорает хуже.
6. Пробой изоляции или обрыв высоковольтных проводов, вызывающий искрение на кузов машины, сокращает срок службы катушки. Если игнорировать неполадку в течение длительного времени, она придет в негодность.
7. Мини-катушки индивидуального типа иногда выходят из строя из-за вибрации силового агрегата. Причина – внутренний обрыв проводников.

За модулем зажигания необходимо следить, чтобы из-за неисправностей двигателя на корпус устройства не попадало горячее масло либо охлаждающая жидкость. Не держите долго включенное зажигание – при этом греется обмотка катушки и разряжается аккумулятор.