Что такое катушка зажигания: схема устройства, назначение и принцип работы

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.

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.

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.

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.

Схема работы катушки зажигания в автомобиле

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.

Что такое катушка зажигания: схема устройства, назначение и принцип работы

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.

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.

Конструктивные особенности и 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.

Читать далее:  Покраска крыла автомобиля своими руками

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.

Итак, сразу отметим, что возникающее в катушке высоковольтное напряжение, вызывая искру между электродами свечи зажигания, обеспечивает воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндрах ДВС. При этом соблюдая правила  эксплуатации и проведения ТО катушки зажигания, можно увеличить не только ее срок службы, но и избежать нежелательных поломок.

По своей сути устройство катушки представляет собой  трансформатор с двумя обмотками (первичной и вторичной). Внутри обмоток находится железный  сердечник, снаружи корпус с изоляцией.

Схема катушки зажигания и основные ее составляющие:

  • корпус;
  • изолятор, изоляционная бумага;
  • первичная, вторичная обмотки и изоляция между ними;
  • центральная клемма и ее пружина;
  • клеммы выводов первичной обмотки и клемма вывода вторичной;
  • сердечник;
  • каркас вторичной обмотки и наружная изоляция первичной обмотки;
  • наружный магнитопровод;
  • провода на катушку зажигания;
  • первичная обмотка – от 100 до 150 витков толстой медной проволоки (на крышке катушки зажигания находятся два вывода номиналом 12 Вольт);
  • вторичная обмотка – от 15000 до 30000 витков тонкой медной проволоки (импульсное напряжение, поступающее к свечам зажигания до 35000 Вольт).

Работа катушки зажигания аналогична работе трансформатора и заключается в следующем:

  • подаваемое напряжение на цепь первичной обмотки создает магнитное поле в катушке;
  • далее происходит генерация и самоиндуцирование напряжения посредством вторичной обмотки катушки за счет толщины и количества витков проволоки;
  • через центральную клемму катушки, с помощью распределительного устройства, происходит вывод преобразованного напряжения  на свечи зажигания.

Обратите внимание, разряд высокого напряжения продолжается до момента, пока энергия, созданная катушкой зажигания, не будет истрачена (остаточная энергия используется для затухающих колебаний напряжения и тока).

Также выделяют основные типы катушек. Существует несколько вариантов: индивидуальная, общая (катушка зажигания бесконтактная) и сдвоенная. Каждая из них имеет свою конструкцию и схему подключения.

  • Общие катушки зажигания применяются в электронной системе зажигания с распределителем, бесконтактной и контактной системах зажигания. Корпус устройства  может быть изготовлен из алюминия или из листовой стали, сердечник устройства, на который монтируется изоляционная трубка (сверху устанавливается вторичный элемент),  выполнен из изолированных относительно друг друга  электротехнических стальных пластин.  Продолжительность фаз во время разряда искры — до полутора секунд, а рабочее значение энергии от 15 до 20мДж;
  • Индивидуальные катушки зажигания применяются в системах прямого электронного зажигания. Катушка монтируется на свечу и имеет две обмотки (первичный элемент устанавливается внутри вторичного, то есть один сердечник находится внутри первичного устройства, а второй вокруг вторичного). Катушка имеет диод высокого напряжения, с помощью которого происходит оперативное отсекание высоковольтного тока на вторичном устройстве. Передача высоковольтного сигнала производится посредством наконечника, состоящего из пружинного элемента, изоляционного слоя и высоковольтного стержня;
  • Сдвоенные катушки зажигания (двухвыводные катушки зажигания) применяются во многих электронных системах прямого зажигания. Катушка оснащена двумя высоковольтными выводами, посредством которых обеспечивается синхронность получения искры  на свечах, установленных на двух цилиндрах. Подключение к свечам может быть выполнено двумя способами: путем использования высоковольтных кабелей, посредством соединения с наконечником и кабелем высокого напряжения. Две сдвоенные катушки могут устанавливать по паре в одном блоке (четырехвыводная катушка зажигания). Если в конструкции устройства используют распределительный узел, подача искры будет осуществляться на два цилиндра двигателя.

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.

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.

Срок службы и неисправности катушек зажигания

Основная неисправность обрыв первичной или вторичной обмоток. Иногда от перегрева срабатывает аварийный клапан давления масла. После слива масла катушка выходит из строя. Некоторые катушки продолжают работать даже при обрыве вторичной обмотки, при этом при дросселировании наблюдаются пропуски искрообразования.

Читать далее:  Что нужно для замены масла в двигателе || Самостоятельная замена моторного масла на автомобиле

При длительной эксплуатации ам изоляционные свойства материалов, применяемых в катушках зажигания теряют свойства и случаются высоковольтные прогары, позволяющие «уходить» части заряда на массу. При осмотре катушки зажигания такую неисправность легко обнаружить по серому следу на поверхности изолятора катушки (похож на след от простого карандаша) или чернота прогара с частично обугленной поверхностью.

Необходимо осмотреть разъем высоковольтного (ВВ) провода, выходящего из катушки зажигания. В 70%!случаев там окисленная поверхность или ржавчина. В таком случае обязательно проверьте центральный высоковольтный провод. Сопротивление его должно быть не более 20 кОм. Нередкая ситуация: высоковольтный провод прозванивается, сопротивление до 20 кОм, а осциллограмма горения на всех цилиндрах одинаково неправильная.

Теоретически современные катушки зажигания имеют срок эксплуатации 60-80 тысяч километров пробега автомобиля. Однако реальные показатели во многом зависят от условий эксплуатации. Причин возникновения неисправностей может быть множество:

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

В современных автомобилях бортовой компьютер сигнализирует о неисправности катушки включением на приборной панели индикатора Check Engine. Помимо этого, признаками нарушения работы являются:

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

Из-за особенностей конструкции ремонт катушек зажигания невозможен, и при обнаружении неполадок они просто меняются на новые. Проводить диагностику состояния и их замену лучше в сервисных центрах, поскольку от точности работы этого элемента системы зажигания зависит работа двигателя и автомобиля в целом.

Применяемость катушек зажигания

Что такое катушка зажигания: схема устройства, назначение и принцип работы

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.

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.

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
Читать далее:  Делаем сами подсветку дисков у автомобиля

Алгоритм замены катушки зажигания на Лада Приора

003

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.

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.

Точное месторасположение катушки зажигания можно узнать из сервисного руководства по эксплуатации. Например, на автомобилях ВАЗ, как правило, катушка  расположена в моторном отсеке под капотом автомобиля на крыле. Также она может стоять на разделительной перегородке, отделяющей салон автомобиля от моторного отсека.  В некоторых других случаях устройство может быть расположено непосредственно на  ДВС автомобиля.

Особенности расположения разных типов катушек:

  • индивидуальная катушка может находиться над свечами зажигания цилиндров;
  • сдвоенная катушка может находиться на перегородке подкапотного пространства.

Если рассматривать рекомендации по эксплуатации и основные неисправности, а также демонтаж и установку катушки зажигания, нужно учесть ряд особенностей. Первое, для бесперебойной работы такого устройства как катушка зажигания, необходимо придерживаться следующих правил эксплуатации:

  • нельзя на длительное время оставлять включенным зажиганием без запуска ДВС;
  • своевременно проводить ТО устройства (очистка и проверка состояния проводов, корпуса катушки);

Также важно понимать, что при длительной эксплуатации или при неправильном использовании могут возникнуть такие неисправности, как:

  • появления замыкания в обмотках катушки (перегрев трансформаторного узла);
  • использование катушки зажигания при высоких температурах длительное время (более 150 градусов);
  • повреждение высоковольтного кабеля и т.д.

При возникновении поломки,  перед ремонтными работами необходима диагностика (визуальный осмотр катушки, проверка температуры и влажности, сопротивления  и т. д.). В случае выявления неисправности катушку зажигания восстанавливают или меняют, что зависит от степени поломки.

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.

Как сделать проверку катушки зажигания мультиметром

Возникает вопрос: «Как проверить катушку зажигания?». Мультиметром… Это, наверное, самый доступный способ. Давайте рассмотрим, как прозвонить катушку зажигания мультиметром. Нужно поочередно проверить сопротивление первичной и вторичной обмоток. Не помешает проверить сопротивление и между выводами обмоток и корпусом.

Сопротивление первичной обмотки должно попадать в диапазон от 0,3 до 2 Ом, вторичной – от 6 до 15 кОм. Сопротивление между выводами обмоток и корпусом должно стремиться к бесконечности. При отклонении значений измеренных сопротивлений обмоток от описанных диапазонов возможно межвитковое замыкание, если же сопротивление обмотки стремится к бесконечности – это верный признак обрыва провода в витке.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector