Выбор оптимальной катушки зажигания

Как работают катушки зажигания

Основная задача катушки- преобразовать низкое напряжение, подаваемое аккумулятором автомобиля (примерно 12 вольт), в высокое (до 25-30 тысяч вольт).

Проще говоря, строение типовой катушки зажигания по факту можно назвать аналогом импульсного повышающего трансформатора. Он работает по тому же принципу. Поворот ключа зажигания замыкает сеть. А низкое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора. Ей свойственно минимальное количество витков. А сделана она из толстого провода. Причиной появления магнитного поля является проходимость тока по ней. Магнитное поле- это накопитель энергии. Если каким-либо образом прервать работу цепи первичной обмотки, то оно создаст высокое напряжение уже во вторичной обмотке. Она имеет максимальное количество витков. Сделана из тонкого провода.

Высокое напряжение превращается в импульс и в таком виде доходит до распределителя. Его задача- разделить это напряжение и подать к электродам свечей зажигания. Между ними формируется искра, которая помогает воспламенить топливовоздушную смесь.

То, где будет находиться катушка зажигания, напрямую зависит от того, какого она типа и структуры моторного отсека. Автомобили, построенные в более новое время, предусматривают наличие индивидуальной катушки. От того и такое название, что она работает только для одной свечи зажигания. Ее надевают на саму свечу и крепят к клапанной крышке двигателя. Место сбоку от верхней части мотора принадлежит общим или двухвыводным катушкам. Основная идея- сокращение длины высоковольтных проводов.

Устройство катушки зажигания

Рассмотрим устройство детали на примере общей катушки.

Прибор зажигания представляет собой трансформатор, который имеет сердечник и 2 обмотки. Первичная состоит из относительно небольшого количества витков (от 250 до 400) и рассчитана на прием небольшого напряжения (то есть стандартного для бортовой электросети транспортного средства – 12 В). Вторая имеет гораздо больше витков (обычно 25 000 – 30 000). Благодаря этому в ней формируется очень высокое импульсное напряжение, которое и поступает на свечи (на некоторых двигателях – на трамблер). Свечи генерируют искру, после чего воспламеняется топливная смесь.

Если взглянуть на фото детали в разрезе, то она будет выглядеть как бобина с намотанной на нее медной проволокой в изоляции. Подобное изображение можно найти в Википедии.

Похожие статьи

[RU] Принципы работы катушки зажигания

Виды катушек зажигания

Основные параметры катушек зажигания:

1. Индуктивность первичной обмотки – способность накапливать энергию;
2. Коэффициент трансформации – во сколько раз увеличивается напряжение, подаваемое от аккумулятора.
3. Сопротивление обмоток. Для каждой модели есть свой диапазон, так для обмотки низкого напряжения сопротивление может быть 3-3,5 Ом, а для обмотки высокого – 5000-9000 Ом.
4. Энергия образующейся искры.
5. Напряжение пробоя – величина высокого напряжения катушки, при котором на электродах свечи происходит пробой воздушного зазора и формируется искра.

Только 3 вида строения катушек зажигания получили наибольшее распространение: общая, индивидуальная и двухвыводная.

Классическая конструкция катушки зажигания

Наипростейшие катушки зажигания имеют две медные обмотки, которые насчитывают до 150 витков в первичной и до 30000 во вторичной. Они обе являются изолированными. Цель изоляции — предотвращение возникновения короткого замыкания. Их корпус очень похож на стакан с крышкой. На нее выведены контакты первичной обмотки. Вторичная обмотка находится внутри первичной. Один ее конец соединен с обмоткой низшего напряжения. Второй конец тоже выведен на крышку бобины. Его задача- подключение цепи, которая соединяет трансформатор со свечой. Внутри обмоток прячется железный сердечник. Его цель — увеличение силы, которая возникает внутри магнитного поля.

Такого рода конструкции являются редкостью в настоящее время. Они уже не используются для автомобилестроения. Но есть вероятность их встретить при ремонте старых машин.

Для чего нужна катушка зажигания в автотранспортном средстве

Для начала стоит разобраться зачем нужна катушка зажигания и почему она так важна для работы автомобиля. Бензиновые двигатели устроены таким образом, что топливо должно поджигаться. Для этой цели используются свечи зажигания, которые знакомы практически каждому автомобилисту. Процесс создания искры требует большого количества энергии (от 10 до 50 тыс. вольт). В этом случае разряд на электродах свечей зажигания будет обладать достаточной мощностью.

Современная катушка зажигания автомобиля

Бортовая сеть машины не способна создавать столь высокое напряжение, ведь портативный источник питания с такими показателями пока никому не удалось создать. Для генерирования такого высокого напряжения как раз и нужны катушки зажигания. Это устройство способно из тока с аккумулятора в 12 Вольт создать высоковольтную энергию.

Конструктивные особенности КЗ

Теперь самое время изучить устройство катушки зажигания. Его особенностью является наличие нескольких обмоток:

1. Первичная обмотка или низковольтная принимает на себя напряжение, которое генерирует аккумулятор/генератор. Эта обмотка состоит из крупной проволоки, которая образует не более 150 витков. Сверху проволока покрыта изоляцией, которая предупреждает скачки напряжения и короткое замыкание. Концы с первичной обмотки выводятся на крышку механизма, где соединяются с проводкой, для которой характерно напряжение 12 В.
2. Вторичная обмотка располагается внутри низковольтной. Для неё используется проволока с мелким сечением, потому количество витков возрастает до 30 тыс. К одному концу присоединяется минус с первичной обмотки. Второй вывод соединяется с центральным выводом и является положительным. С него напряжение подаётся дальше по топливной системе.

Из чего состоит катушка зажигания мы выяснили, а вот где располагается этот механизм пока не рассказали.

Расположение катушки зажигания в автомобиле

Мы не можем однозначно сказать где находится катушка зажигания, поскольку её расположение зависит от конструкции автомобиля и типа самой бобины.

1. Механизм общего типа обычно располагается один, используется для генерации напряжения с высоким показателем, в электрической схеме располагается перед ЭБУ или прерывателем/распределителем. Такие бобины используются в системах батарейного типа.
2. Индивидуальный элемент используется для отдельного цилиндра, находится перед свечой. Устанавливаются индивидуальные катушки зажигания в системах с транзисторным и электронным типом зажигания.

Чтобы узнать точное расположение КЗ в авто, необходимо изучить инструкцию к нему. В этом документе производитель всегда указывает информацию о типе катушке и её расположение.

Принцип действия катушки зажигания

Не менее интересным будет изучить принцип работы катушки зажигания, чем мы сейчас и займёмся. Работа КЗ основана на следующих принципах:

1. Напряжение от аккумулятора направляется на первичную обмотку катушки, что способствует образованию магнитного поля.
2. Вторичная обмотка испытывает воздействие магнитного поля, которое отображается в виде импульса напряжения с высоким значением.
3. Импульс напряжения получается высоким из-за большого числа витков вторичной обмотки. Ведь индукция магнитного поля умножается именно на количество витков. Потому и получается на выходе высокое напряжение.
4. Для увеличения магнитного поля внутрь катушки помещается специальный железный сердечник.

Вот мы и разобрались с тем, как работает катушка зажигания. На самом деле всё просто, впрочем, как и всё гениальное.

Причины выхода из строя катушки зажигания

Никому ещё не удалось создать вечную КЗ. Даже самые современные и совершенные катушки зажигания имеют ограниченный срок службы. Существует два главных «врага» этих механизмов:

• воздействие влаги;
• перегрев приводит к разрушению внутренней изоляции, образованию пробоев и дальнейшему перегоранию всей детали.

Нет искры в катушке зажигания
Проблемы в работе механизма проявляются в виде ряда признаков:

• пропуски зажигания, при которых двигатель троит, может наблюдаться постоянно или возникать периодически;
• снижение мощности двигателя во время разгона автомобиля;
• работа мотора в режиме safe-mode, в который он переходит самостоятельно;
• активизация «check engine»;
• автомобиль отказывается запускаться.

При выявлении одного из этих признаков необходимо незамедлительно проводить диагностику всей топливной системы. Можно смело начинать с КЗ. Почему она выходит из строя нам известно, осталось разобраться с методами диагностики её состояния.

Проверка работоспособности катушки

Одной из причин выхода из строя механизма является его перегрев. Внутри корпуса имеется трансформаторное масло, которое снимает избыток температуры. Крышка полости, в которой находится охлаждающая жидкость, очень плотно прилегает к корпусу, создавая герметичность. Из-за этой особенности катушка не подлежит разборке, следовательно, проведение ремонтных работ не представляется возможным.

Диагностика работоспособности катушки зажигания

Признаки неисправности катушки зажигания автомобиля были разобраны выше. При их выявлении необходимо проводить диагностику, которая позволит подтвердить/опровергнуть догадки. Проверка основана на измерении показателей сопротивления. В этом случае показатели напряжения (входного и выходного) не принимаются за основные. Для измерения сопротивления необходимо знать, как проверить катушку зажигания мультиметром. Этот способ является простым и результативным.

Для проверки работоспособности механизма необходимо знать какое сопротивление должно быть на катушке зажигания, которая исправно работает. Для первой обмотки характерно сопротивление на уровне 0,3 Ом. Вторичная обмотка характеризуется сопротивлением на уровне 7-9 тыс. Ом. При выявлении отклонений в этих показателях можно с уверенностью говорить про сбои в работе этого элемента. Ремонт, как мы уже знаем, не производится, потому остаётся только выполнять замену.

Не всегда можно проверить катушку зажигания тестером в виде мультиметра. В этих случаях можно воспользоваться другими методами. Например, проверить искру. Эта диагностика популярна среди владельцев старых автомобилей. Для проверки искры необходимо центральный высоковольтный провод расположить от корпуса мотора на расстоянии около 6 мм. Пробуем завести автомобиль и смотрим на проскакивающую искру. Синяя или фиолетовая искра будет свидетельствовать о нормальной работе бобины. Желтая искра или её отсутствие является прямым доказательством наличия проблем в работе КЗ.

Устройство и неисправности катушки зажигания ВАЗ

Система с индивидуальными бобинами должна проверяться поочередно. Для этого с каждой катушки отсоединяется питание при заведённом автомобиле. В случае нормальной работы бобины при отключении разъёма будет меняться звук работы мотора. Если таких изменений не происходит, значит диагностируемая катушка работает не так, как полагается.

Такими нехитрыми способами можно проверить катушку зажигания в домашних условиях. С этой работой справится любой автомобилист. Не стоит затягивать с диагностикой топливной системы, если были замечены признаки неисправности бобины. Такая осмотрительность и сознательность оградит от внезапной остановки автомобиля посреди пути.

Конструктивные отличия индивидуальных катушек

Данный вид катушек применяется в электронных системах. Работают они так же, как и классические. В ее структуре тоже есть обмотки высокого и низкого напряжения. Но есть и отличия: в индивидуальной катушке, первичная обмотка находится внутри вторичной; наличие двух сердечников- внутреннего и внешнего.

Первый размещен внутри первичной обмотки. Второй же- вокруг вторичной. Обмотка высокого напряжения индивидуальных катушек зажигания оснащена специальным диодом. Его цель- отсекать токи высоких напряжений.

Индивидуальные катушки делят на 2 типа: компактные и стержневые. Они отличаются строением сердечника. Последние имеют возможность объединения по 4 штуки. Результат деятельности катушки- формирование одной искры за один полный цикл. Это объясняет необходимость синхронизации всех катушек, относительно распредвала двигателя.

Катушка зажигания автомобиля

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).

Устройство необслуживаемого аккумулятора автомобиля

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».

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.

Рекомендуем: Датчик давления масла в двигателе

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.

Пример различных типов катушек

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.

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.

Двухвыводные катушки зажигания

Строение двухвыводной катушки зажигания очень похоже на классическое. Единственное отличие- присутствие двух выводов от обмотки высшего напряжения. Ее преимущество- возможность формирования искры на двух свечах в одно и то же время. В первом из них зажигание происходит в конце такта сжатия топливовоздушной смеси. Во втором же– на этапе выпуска отработавших газов (вхолостую).

Такой тип конструкций используется при условии наличия четного числа цилиндров в двигателе. Их цель- упростить систему зажигания путем исключения распределителя из этого процесса. Двухвыводные трансформаторы можно подключить только 2 способами:

1. Оба контакта соединить со свечами высоковольтной проводкой;
2. Один контакт соединить наконечником (напрямую со свечой), а второй – высоковольтной проводкой.

Для двигателей, которые имеют 4 цилиндра, применяются четырехвыводные катушки. Можно сказать, что это система из пары двухвыводных.

Как подключить катушку зажигания

Правильное подключение катушки зажигания и не только.

Подключение катушки зависит от ее разновидности.

• Если речь идет об общей, то 2 входные клеммы подключают к бортовой электросети, а выходную высоковольтную – к кабелю, который идет к трамблеру.
• Клеммы сдвоенной подсоединяют к бортовой электросети, а высоковольтный выход – к кабелю, который идет к свечам.
• Индивидуальную подключают непосредственно к свече. Устройство имеет пластиковый кожух, который на нее надевается. Внутри кожуха находится высоковольтный контакт.

Сухие и маслозаполненные катушки

Классическое строение катушки зажигания предполагает заполнение внутреннего пространства трансформаторным маслом. Цель этого- защита обмотки от перегрева под действием тока. Сам корпус изготовлен из металла. Это не всегда играет на руку. Поэтому большинство современных автомобилей созданы на другой конструкции- «сухой» трансформатор. Эта система является безкорпусной. Она покрыта слоем эпоксидного компаунда. Его роль- замена корпуса, защита от загрязнений, система охлаждения.

В некоторых иномарках использована комбинированная модель. Она объединяет контактный коммутатор и сухую катушку. Также может предполагать интеграцию катушки в распределитель.

Срок службы и неисправности катушек зажигания

В теории, катушка зажигания может использоваться до того момента, как автомобиль наберет пробег в 60-80 тысяч километров. Однако показатели в реальной жизни зависят напрямую от того, как она эксплуатировалась. Причины неисправностей в работе катушки:

1. Короткое замыкание на обмотках;
2. Перегрев катушки;
3. Износ в результате длительной эксплуатации или повышенной вибрации;
4. Превышение времени зарядки. Чаще всего это происходит когда аккумулятор автомобиля не обеспечивает нужного уровня напряжения;
5. Разгерметизация основных узлов двигателя и топливной системы;
6. Повреждение корпуса.

Современные автомобили оснащены функцией предупреждения при неисправности катушки. Это производится путем загорания на приборной панели индикатора Check Engine.

Признаки некорректной работы катушек:

1. Отклонение сопротивления обмоток трансформатора от нормативной величины. Диагностируется при помощи тестера.
2. Периодический или полный отказ одного или нескольких цилиндров двигателя, что снижает его мощность.
3. Ухудшение работы ДВС при холодной (морозной) погоде или при высокой влажности воздуха.
4. Отказ в работе двигателя при резком нажатии на педаль газа.
5. Слабый разгон автомобиля.

Отремонтировать катушки невозможно в силу особенностей конструкции. При обнаружении проблем в их работе, они просто заменяются на новые. Узнать, в каком состоянии катушки и заменять их следует только в сервисных центрах. Это важно, так как от качества их работы, будет зависеть и деятельность всего авто.