Виды, устройство и принцип работы катушки зажигания

Главным элементом системы зажигания, то есть воспламенения топливовоздушной смеси, в двигателях внутреннего сгорания является катушка зажигания или трансформатор. С ее помощью подается высокое напряжение на свечи, что приводит к возникновению искры. Если катушка неисправна, нарушается работа всей системы зажигания, двигатель может существенно снизить свою мощность или совсем перестать работать.

Принцип работы катушки зажигания

Основной задачей катушки является преобразование низкого напряжения, подаваемого от аккумулятора автомобиля (порядка 12 вольт), в высокое (до 25-30 тысяч вольт).

Иными словами, устройство типовой катушки зажигания фактически представляет собой аналог импульсного повышающего трансформатора, работа которого осуществляется следующим образом.

Схема работы катушки зажигания в автомобиле

При повороте ключа зажигания сеть замыкается, и низкое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора. Она обладает меньшим количеством витков и выполнена из толстого провода. Прохождение тока по первичной обмотке вызывает возникновение магнитного поля, в котором накапливается энергия. При прерывании цепи первичной обмотки (например, механическим прерывателем), магнитное поле создает высокое напряжение во вторичной обмотке. Она, в свою очередь, имеет большее количество витков и выполнена из тонкого провода.

Затем высокое напряжение в виде импульса поступает к распределителю, который разделяет его и подает к электродам свечей зажигания. Между электродами образуется искра, воспламеняющая топливовоздушной смесь.

Расположение катушки зажигания зависит от ее типа и компоновки моторного отсека. В современных автомобилях для каждой свечи зажигания предусмотрена своя катушка, так называемая индивидуальная. Она надевается непосредственно на свечу и устанавливается на клапанной крышке двигателя. Общие или двухвыводные катушки обычно располагаются сбоку от верхней части мотора. Основная идея заключается в том, чтобы сократить длину высоковольтных проводов. Подробнее о типах катушек ниже.

Виды катушек зажигания

Основными параметрами катушек зажигания являются следующие характеристики:

• Индуктивность первичной обмотки – способность накапливать энергию.
• Коэффициент трансформации – во сколько раз увеличивается напряжение, подаваемое от аккумулятора.
• 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.
• Энергия образующейся искры.
• Напряжение пробоя – величина высокого напряжения катушки, при котором на электродах свечи происходит пробой воздушного зазора и формируется искра.

Наибольшее распространение получили три вида конструкций катушек зажигания: общая, индивидуальная и двухвыводная.

Классическая конструкция катушки зажигания

Самые простые катушки имеют две медные обмотки до 150 витков в первичной и до 30000 во вторичной. Обе обмотки изолированы, что предотвращает возникновение короткого замыкания.

Корпус представляет собой стакан с крышкой, на которую выведены контакты первичной обмотки. Вторичная обмотка расположена внутри первичной и соединена одним концом с обмоткой низкого напряжения.

Второй конец также выведен на крышку бобины и предназначен для подключения цепи, соединяющей трансформатор со свечой. Внутри обмоток находится железный сердечник, увеличивающий силу формирующегося внутри магнитного поля.

Такие конструкции на сегодняшний день практически не применяются в автомобилестроении. Однако их еще можно встретить при ремонте старых авто и других транспортных средств.

Конструктивные отличия индивидуальных катушек

Этот тип используется преимущественно в электронных системах. Принцип работы индивидуальной катушки зажигания аналогичен классической. Конструктивно она также имеет обмотки высокого и низкого напряжения, но в отличие от классической схемы, первичная находится внутри вторичной. Также, вместо одного сердечника, их два – внешний и внутренний.

Индивидуальные катушки зажигания. Компактная (слева) и стержневая (справа)

Первый находится внутри первичной обмотки, а второй – вокруг вторичной. Обмотка высокого напряжения индивидуальных катушек зажигания оснащается специальным диодом. Он отсекает токи высоких напряжений.

Индивидуальные катушки разделяют на два типа, которые отличаются конструкцией сердечника: компактные и стержневые. Последние могут объединяться в модули по четыре штуки. За один цикл индивидуальная катушка формирует одну искру, что обуславливает необходимость синхронизации всех катушек относительно распредвала двигателя.

Двухвыводные катушки зажигания

Конструкция сдвоенной (двухвыводной) катушки зажигания аналогична классической схеме, но единственным отличием является наличие двух выводов от обмотки высокого напряжения. Такая конструкция позволяет формировать искру одновременно на двух свечах (на два цилиндра двигателя). В первом из них зажигание происходит в конце такта сжатия топливовоздушной смеси, а во втором – на этапе выпуска отработавших газов (вхолостую).

Двухвыводная катушка зажигания

Такие конструкции используются в двигателях с четным числом цилиндров. Они позволяют упростить систему зажигания, а также исключить из схемы распределитель. Подключаются сдвоенные трансформаторы двумя способами:

• оба контакта соединяются со свечами высоковольтной проводкой;
• один контакт соединен наконечником (напрямую со свечой), а второй – высоковольтной проводкой.

Для четырехцилиндровых двигателей могут применяться четырехвыводные катушки, которые фактически являются системой из пары двухвыводных.

Сухие и маслозаполненные катушки

В классической конструкции катушки системы зажигания внутреннее пространство заполнено трансформаторным маслом. Это необходимо для того, чтобы под действием тока ее обмотки не перегревались. Сам корпус такой бобины изготавливается из металла, что не всегда рационально.

Поэтому в большинстве современных автомобилей используется альтернативная конструкция – «сухой» трансформатор. Она не имеет корпуса, а покрыта слоем эпоксидного компаунда, который служит одновременно и корпусом, защищающим от загрязнений и влаги, и системой охлаждения.

Помимо этого, в ряде импортных автомобилей используются комбинированные модели, объединяющие контактный коммутатор и сухую катушку или же предполагающие интеграцию катушки в распределитель.

Срок службы и неисправности катушек зажигания

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.

Принцип работы катушки зажигания, разновидность и устройство

Катушка зажигания, или же трансформатор- это основополагающая часть системы зажигания автомобиля. Ее значение в этой системе достаточно велико. Она подает высокое напряжение на свечи, что способствует появлению искры. Если катушка сломана или в ней имеется какой-либо дефект, то это станет причиной существенного снижения мощности мотора машины. В худшем случае, она вообще перестанет функционировать.

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.

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.

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.

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.

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.