Устройство и принцип действия катушки зажигания

Катушка зажигания или по-народному «бобина» – составляющая конструкции зажигания. Она преобразует малую частоту напряжения, идущую от АКБ или генератора автомобиля, в высокую. Первостепенная роль катушки зажигания – генерирование электроимпульса на свече.

Строение

Катушка зажигания по своей сути есть автомобильный трансформатор. Устройство катушки зажигания заключено в двухслойной обмотке кабелями с изоляцией каждого слоя. Первый слой обмотки обладает сравнительно маленькой численностью витков (от 100 до 150) толстого кабеля из меди, предусмотренного на импульсы с маленьким напряжением (в относительно новых машинах – 12 вольт, а в старых – 6). Второй слой обмотки катушки зажигания находится под начальной обмоткой, которая создана из проводов малого сечения с крупным числом витков — от 15 до 30 тысяч, благодаря которым возникает наивысшее импульсное напряжение с высоким коэффициентом.

В центре катушки зажигания размещается сердечник из железа, повышающий магнитное поле обмоток. Вся конструкция закрыта в каркас со специальной крышкой, обеспечивающей изоляцию. Внутренности механизма наполнены трансформаторным маслом, чтобы не допускать токовый нагрев.

На старых транспортных средствах катушки делались с не замыкающимся магнитным кабелем, в то время как современные автомобили – с замыкающимся.

Функционирование

Принцип работы катушки зажигания заключается в передаче необходимого импульса тока трамблеру (распределителю) посредством высоковольтного кабеля, от которого по тем же высоковольтным проводам напряжение равномерно направляется к отдельной свече зажигания. Далее на электродах образуется искра, воспламеняющая топливо.

Схема действия 2-х искрового устройства

Сквозь первый слой обмотки проходит постоянный импульс напряжения. В миг, когда поршень достигает верхней мертвой отметки, на первой обмотке размыкаются контакты прерывателя и напряжение подается второй обмотке. В последующем, по центральной клемме импульс передается на распределитель, а после – на свечи.

Сегодня активное применение имеют выносные катушки зажигания для отдельной свечи (сколько цилиндров, столько же и трансформаторов).

Индивидуальная тип катушки

Индивидуальная катушка зажигания нашла свое применение в электросхеме прямого зажигания. Аналогично обычному трансформатору автомобиля, она включает в себя первый и второй слой обмотки. Однако существует одно главное отличие – первый слой обмотки теперь размещен на месте второго, а второй – на месте первого (а не наоборот, как в стандартной схеме). В центре первичной обмотки стоит внутренний сердечник, а внешний, соответственно, на поверхности вторичной.

Такая конструкция может обладать электро элементами воспламенителя. Ток из второй обмотки по прямой передается свече посредством наконечника, состоящего из стержня высокого тока, пружины и материала изоляции. Стремительное отсечение напряжения во второй обмотке выполняется диодом высокого импульса тока.

Дополнительный резистор

Зачастую параллельно работе первой обмотки, запускается добавочное сопротивление, которое считается дополнительным резистором.

При пониженных оборотах силового агрегата, контакты прерывателя длительное время замкнуты, поэтому по обмотке протекает излишнее количество тока, нагревающего трансформатор. На стальной спирали резистора, в процессе нагревания стремительно повышается температурный показатель электро сопротивления. Во время прохождения излишнего тока внутри катушки, сопротивление спирали резистора соответственно становится сильнее и напряжение автоматически регулируется.

При повышенных оборотах контакты почти всегда разомкнуты, отсутствует избыточный ток, резистор незначительно нагревается, следовательно, добавочное сопротивление уменьшается.

В момент запуска мотора добавочное сопротивление присоединяется к участку электромагнитной цепи контактами реле стартера, таким образом, увеличивается энергия искры.

В некоторых, особенно в советских, автомобилях, чтобы запустить двигатель при разряженной аккумуляторной батарее, необходимо принудительно шунтировать (или попросту говоря, замкнуть) резистор проводящей ток проволокой.

Неисправности

Катушка зажигания – это деталь с продолжительным сроком функционирования. Несмотря на это, все же существует вероятность утрачивания токопроводящих характеристик и выхода из строя данного устройства.

  1. Чем больше времени эксплуатируется трансформатор, тем выше риск появления короткого замыкания в нем и как следствие перегрева всей детали.
  2. Продолжительная эксплуатация при температуре более 150 приводит к неремонтоспособному состоянию катушки зажигания.
  3. В случае, если аккумулятор не дает нужного питания, это также провоцирует неправильную работу трансформатора. Так как для полноценной работоспособности ей требуется электричество (минимальный коэффициент нужного напряжения должен быть не меньше 11,5 В).
  4. Поврежденный провод системы зажигания тоже может быть причиной нарушения рабочего процесса катушки зажигания.
  5. Часто механизм не генерирует напряжение из-за дефекта в изоляции. Такая неприятность может произойти, если через изношенные уплотнения в трансформатор попадет моторное масло или вода, из-за чего увеличивается сопротивление и утрачивается баланс между напряжением и сопротивлением.
  6. Индивидуальный тип устройства чувствителен к чрезмерной вибрации от головки цилиндров. Вследствие этого катушка быстро приходит в негодность.

В некоторых случаях катушка зажигания поддается ремонту. Но в домашних условиях достаточно сложно оценить степень повреждения и процент вероятности возврата ее рабочих характеристик. Поэтому рекомендуется не экономить и заменить старое устройство на новое.

Прежде чем устанавливать новую деталь, важно проверить все контакты и, особенно, высоковольтный провод; убедиться в отсутствии ржавчины, коррозии и других повреждений на месте установки трансформатора автомобиля.

Заключение

Узнав устройство данной детали, можно сделать выводы, что она обладает весьма надежными свойствами, благодаря своей конструкции. Ресурс катушек нередко достигает двухсот тысяч километров пробега, что является внушительным результатом.

Читайте также:  Рокера клапанов что это

Во всех автомобилях с ДВС задачу воспламенения топливной смеси внутри цилиндра решает специальное устройство — свеча зажигания, которая в строго определенные моменты времени должна формировать на своих электродах мощный искровой разряд. От качества и стабильности образования искры зависит работоспособность силовой установки автомобиля в целом. А частота образования искры, с учетом максимальных оборотов двигателей, может достигать нескольких тысяч срабатываний в минуту.

Каждое срабатывание требует наличия в системе высокого напряжения номиналом в несколько десятков киловольт, тогда как существующие автомобильные аккумуляторные батареи (АКБ) способны выдавать стандартные значения 12 или 24 вольт (для тяжелых грузовиков и спецтехники).

Таким образом, в цепи от АКБ до свечи должен присутствовать достаточно компактный трансформатор, преобразующий низкое напряжение постоянного источника в высоковольтные импульсы требуемого номинала. В любом автомобиле таким трансформатором является катушка зажигания (КЗ).

Среди автолюбителей широко распространено и другое, простонародное, название этой детали – «бобина».

Устройство катушки зажигания

Рассмотрим, как устроена классическая катушка (или общего типа).

Основу конструкции составляют две обмотки: низковольтная (другое название — первичная) и высоковольтная (или вторичная). Для первичной обмотки используется изолированная медная проволока с диаметром сердечника 0,5-0,8 мм. Количество витков не превышает 300. Поверхностная изоляция защищает обмотку от перепадов входного напряжения и от возможности короткого замыкания. Выводы обмотки заведены на клеммы, расположенные на защитной крышке. К ним подсоединяются провода бортовой сети 12 В от внешнего источника.

Внутри первичной находится высоковольтная обмотка. Для её изготовления используется более тонкая проволока (диаметр сечения не выше 0,1 мм), но зато число витков может достигать 50 тысяч. «Минусовые» выводы обмоток соединены, а «положительный» вывод второй обмотки выведен на высоковольтный наконечник КЗ, откуда и подается импульс высокого напряжения.

В конструкции КЗ присутствуют и другие важные компоненты:

  • корпус устройства, предохраняющий от повреждения внутренние детали катушки;
  • защитная крышка, соединенная с корпусом герметичным неразборным соединением;
  • железный сердечник, способствующий повышению выходного напряжения и «успокаивающий» вихревые токи;
  • наружный магнитопровод;
  • каркас высоковольтной обмотки;
  • изоляторные элементы;
  • клеммные контакты для подключения внешнего источника;
  • контактный винт;
  • клемма центрального наконечника с контактной пружиной для снятия высокого напряжения;
  • крепежная скоба устройства.

Устройство катушек разных видов

Для эффективного охлаждения устройства в процессе его работы внутренняя полость некоторых моделей перед соединением защитной крышки с корпусом при производстве изделия заполняется специальным маслом.

Для решения задачи поддержания стабильного уровня напряжения на входе катушки некоторые модели могут дополнительно оснащаться «навесными» резисторами.

Принцип работы катушки зажигания

Алгоритм работы достаточно прост: на витки первичной обмотки устройства подается постоянное напряжение от внешнего источника, которое вызывает образование магнитного поля. Это поле воздействует также и на вторую обмотку, где в результате встречной индукции формируется импульс высокого напряжения.

Значение индукции магнитного поля на выходе равняется произведению значения индукции первичной обмотки на количество витков высоковольтной обмотки. За счет этого лавинообразного роста индукции во вторичном контуре мы и получаем такой мощный импульс на выходе КЗ.

Типы катушек зажигания

Все существующие на сегодня автомобильные катушки по конструктивным особенностям можно разделить на четыре группы:

  • Классические (общего типа);
  • Двухвыводные (сдвоенные);
  • Комбинированные (модули зажигания);
  • Индивидуальные.

КЗ общего типа подразделяются на «сухие» и маслонаполненные. «Сухие» появились позже маслонаполненных и постепенно вытеснили их с рынка за счет меньшей стоимости материалов и простоты изготовления. Конструктивно две разновидности классической катушки практически не отличаются друг от друга. В «сухом» изделии отсутствует металлический корпус, а функции защиты от механических повреждений и теплоотвода выполняет толстый слой эпоксидного компаунда, покрывающий всю поверхность устройства.

Основная особенность работы общей катушки заключается в необходимости наличия в цепи зажигания управляющего и распределительного механизма – трамблера, который отвечает за коммутацию низкого напряжения на вход катушки и «раздачу» высокого напряжения по свечам. Именно этот механический коммутатор управляет возникновением искры, а также синхронизирует этот процесс с тактами работы ДВС.

Катушки зажигания сдвоенного типа по своему внутреннему конструктиву аналогичны классическим. Основное отличие заключается в том, что изделие имеет два высоковольтных вывода. Таким образом, каждый сформированный устройством высоковольтный импульс поступает одновременно на две свечи. Но так как алгоритм функционирования двигателя подразумевает максимальное сжатия топливной смеси (время поджига) одномоментно только в одном рабочем цилиндре, то образующийся искровой разряд на свече другого цилиндра «пропадает» впустую. Этот процесс называют также «холостой искрой». Однако на следующем такте работы силовой установки два вывода катушки меняются местами: первый осуществляет «холостой» выстрел, зато второй отрабатывает свой хлеб на все сто.

Сдвоенная катушка зажигания

Двухвыводные катушки имеют два главных преимущества перед классическими:

  1. При объединении двух изделий в одном блоке на 4-цилиндровом моторе (трех изделий на 6-цилиндровом и т.д.) распределитель высокого напряжения в цепи зажигания автомобиля становится ненужным, что влечет за собой повышение надежности системы в целом.
  2. Такую катушку можно подключать к свечам зажигания разными способами: первый – подавать высоковольтные импульсы на свечи по двум проводам высокого напряжения, второй – использовать для одной свечи наконечник, для второй — провод. Это позволяет конструкторам повысить вариативность размещения и подключения КЗ.
Читайте также:  Какой антифриз залить в логан

Катушками комбинированного типа оснащать авто начали после широкого распространения инжекторных ДВС.

Сначала модули зажигания представляли собой единый блок, состоящий только из отдельных катушек (по числу использующихся в ДВС цилиндров) и специальных наконечников, закрепленных на выводах КЗ. С помощью этих наконечников вся конструкция надевалась на свечи, вкрученные в колодцы головки блока цилиндров (ГБЦ). Такой модуль зажигания позволял отказаться от высоковольтной части трамблера. А функцию низковольтного коммутатора в первых модулях выполнял блок управления ДВС, который для этой цели оснащался необходимым количеством транзисторов.

Позже транзисторные ключи коммутации низковольтного напряжения также перекочевали из дорогого и сложного блока управления в корпус модуля КЗ, который стал независимо выполнять все функции.

Индивидуальные катушки являются сегодня наиболее востребованными устройствами. Выбранная производителем архитектура сердечника позволяет разделить эти изделия еще на две дополнительных группы: компактные и стержневые. Индивидуальные получили свое название в силу того, что каждая работает только на одну свечу.


Алгоритм функционирования индивидуальной катушки полностью соответствует алгоритму работы КЗ других типов, но её конструктив имеет особенности. Главное отличие – зеркальное расположение двух обмоток по сравнению с конструкцией КЗ общего типа. Также индивидуальная имеет два сердечника: один внутри и один снаружи обмоток.

Высоковольтный вывод катушки подсоединён к наконечнику, состоящему из металлического стержня, упорной пружины и керамического изолятора. С помощью наконечника она надевается на свечу, вкрученную в ГБЦ.

Для предохранения вторичной обмотки КЗ от сверхвысоких нагрузок в её конструкции предусмотрено использование мощного диода, способного выдерживать постоянное воздействие значительных напряжений.

К особенностям индивидуальных можно отнести их компактность и отсутствие в изделии некоторых элементов, присущих КЗ других типов, что положительно сказывается на минимизации потерь энергии в цепи высокого напряжения.

Индивидуальные КЗ некоторых производителей дополнительно оснащаются электронными деталями для поддержки воспламенительного механизма.

Применяемость катушек зажигания

Все современные автомобильные системы зажигания используют те или иные типы катушек зажигания.

Катушки общего типа могут быть установлены на автомобили с любой системой зажигания, но при этом они требуют обязательного наличия трамблера. Тогда как сдвоенного типа применяются исключительно в электронных системах зажигания. Индивидуальные и модульные устанавливаются только на те машины, которые используют современные системы зажигания электронного типа.

Требования, предъявляемые к катушкам зажигания

Современные катушки зажигания должны удовлетворять следующим основным требованиям:

  1. Компактные размеры, небольшой вес.
  2. Стабильность характеристик в течение всего срока эксплуатации устройства, надежность и долговечность изделия.
  3. Продуманный дизайн, простота установки/снятия устройства.
  4. Повышенная защита от неблагоприятного воздействия агрессивных внешних факторов (экстремальные температуры, влажность, загрязненность и пр.).
  5. Точность изготовления и механическая прочность посадочных мест, крепежных элементов и контактов устройства.

Заключение

Несмотря на значительную эволюцию ДВС, а также различных электронных систем и узлов автомобилей, катушки зажигания с момента их первого появления на машинах и до нынешнего времени претерпели не столь значимые конструктивные изменения. Они продолжают решать свою основную задачу – трансформацию постоянного низкого напряжения в мощные высоковольтные импульсы, требуемые для стабильной и надежной работы свечей в цилиндрах двигателя.

В современных ДВС наибольшее распространение и развитие получили катушки индивидуального и модульного типов. Это связано с их эффективностью, малыми габаритами и долговечностью. Этот вывод подтверждается многолетним опытом эксплуатации данных типов на большинстве моделей автомобилей ведущих производителей мира.

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.
Читайте также:  Датчик частоты сердечных сокращений

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 катушка не 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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector