Воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания бензинового двигателя производится с помощью искры, проскакивающей между электродами свечи. Электрический импульс, необходимый для возникновения искры, создается с помощью довольно простого устройства — катушки зажигания. Об этом компоненте системы зажигания пойдет речь в данной статье.

Назначение катушки зажигания

Воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания бензинового двигателя производится с помощью электрической искры, генерируемой свечой зажигания. Однако создать искру достаточной силы довольно трудно, ведь бензин в смеси с воздухом — это неплохой диэлектрик, и даже короткому искровому пробою в нем возникнуть нелегко. Решить задачу можно только подачей на свечу мощного электрического импульса с напряжением в десятки тысяч вольт. А где в автомобиле взять такое напряжение, пусть даже и на короткие доли секунды?

Эта проблема решается с помощью специального устройства — катушки зажигания , или бобины. Катушка зажигания — это компонент системы зажигания автомобиля, преобразующий постоянный ток низкого напряжения (6, 12 или 24 вольта в зависимости от типа транспортного средства) от аккумулятора или генератора в короткий электрический импульс с напряжением до 35 000 вольт. Импульс от катушки подается на свечу зажигания, в ее искровом промежутке возникает искра, чем достигается поставленная цель — воспламенение топливно-воздушной смеси.

На сегодняшний день катушки зажигания применяются практически на всех автомобилях с бензиновыми двигателями или с моторами, работающими на газе. Бобины с одинаковым успехом используются как в системах зажигания традиционных схем (контактных с трамблёром, бесконтактных на тиристорах), так и в современных электронных системах зажигания. Потому что более простого, надежного и эффективного способа создать высоковольтный электрический импульс не существует.

Устройство и принцип действия катушки зажигания

Катушка имеет довольно простое устройство. В ней имеется две цилиндрических обмотки: первичная, содержащая 100-150 витков провода большого сечения, и вторичная, содержащая несколько тысяч витков (до 30 000) провода малого сечения. Причем витки первичной обмотки расположены поверх витков вторичной обмотки. Внутри обмоток находится металлический сердечник.

Вся эта конструкция помещена в цилиндрический корпус из диэлектрика, крышка корпуса выполнена несъемной, а внутренний объем обычно заполнен трансформаторным маслом (оно обеспечивает охлаждение катушек во время работы). На крышке находится несколько контактов (обычно три): центральная клемма, с которой снимается высокое напряжение, и две боковых клеммы, на которые подается ток низкого напряжения.

В основе работы катушки зажигания лежит явление электромагнитной индукции. В сущности, катушка — это повышающий трансформатор, на первичную обмотку которого подается ток низкого напряжения, а со вторичной снимается ток высокого напряжения. Но в катушке, в отличие от обычных трансформаторов, производится преобразование коротких импульсов электрического тока, и на выходе, соответственно, также получаются электрические импульсы.

Однако, как известно, трансформатор может работать только с переменным током, а в автомобилях используется ток постоянный. Мало того, через первичную обмотку катушки также протекает постоянный ток, а значит, во вторичной обмотке ток возникнуть не может. Нет ли здесь противоречия? На самом деле все просто: катушка зажигания работает совместно с прерывателем — устройством, которое обеспечивает пульсацию постоянного тока, и подает на первичную обмотку достаточно короткие электрические импульсы. Импульс, проходя по первичной обмотке, за счет электромагнитной индукции также возбуждает во вторичной обмотке импульс. Причем пиковое напряжение электрического импульса во вторичной обмотке будет во столько же раз больше напряжения в первичной обмотке, во сколько больше витков во вторичной обмотке по отношению к первичной.

Важно отметить, что преобразование тока происходит именно в момент размыкания прерывателя, то есть — в момент отсоединения первичной обмотки катушки от аккумулятора или генератора. Напряжение в этот момент падает не моментально, а в течение некоторого (очень короткого) промежутка времени, и за это время во вторичной обмотке, за счет изменения тока в первичной обмотке, индуцируется ток высокого напряжения — этот импульс и подается на свечу зажигания.

Так как в катушке действует закон сохранения, то мощность тока во вторичной обмотке почти равна (на деле — чуть меньше) мощности тока в первичной обмотке. Это значит, что электрический импульс на выходе имеет высокое напряжение, но малый ток, а в первичной обмотке все ровно наоборот. Именно поэтому первичная обмотка выполняется из провода большого сечения (так как по ней протекают токи в десятки ампер), а вторичная обмотка — из очень тонкого провода (токи во вторичной обмотке не превышают единицы микроампер).

Часто в катушках зажигания предусмотрено добавочное сопротивление (резистор), включенное последовательно с первичной обмоткой. Этот резистор изготавливается из сплава, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры: при нагревании сопротивление увеличивается, при охлаждении — уменьшается. Добавочное сопротивление необходимо для защиты катушки на малых оборотах двигателя.

Дело в том, что при малых оборотах через первичную обмотку катушки постоянный ток проходит на протяжении довольно длительного времени, а это приводит к усиленному нагреву провода и негативно сказывается на сердечнике. Поэтому на малых оборотах резистор нагревается, его сопротивление повышается, а это приводит к снижению тока в первичной обмотке — так исключается перегрев. При повышении оборотов температура падает, сопротивление резистора снижается, и через первичную обмотку проходит более высокий ток. Во время запуска двигателя сопротивление шунтируется (то есть, замыкается проводом), и не оказывает влияния на систему зажигания.

Классификация и схемы подключения катушек зажигания

Все катушки зажигания устроены одинаково, однако существует несколько схем включения катушек в систему зажигания, и катушки, используемые в каждой схеме, имеют свои особенности. Всего можно выделить три типа катушек зажигания:

Общая;
- Индивидуальная;
- Сдвоенная (двухвыводная или двухискровая), и ее вариант — четырехвыводная катушка.

Общая катушка зажигания. Это наиболее простой и исторически первый вариант. При такой схеме в автомобиле есть только одна катушка зажигания, вырабатываемые ею высоковольтные импульсы распределяются по свечам зажигания с помощью трамблёра или иного распределительного устройства. Данная схема широко применяется в контактной, бесконтактной и электронной системах зажигания.

Индивидуальная катушка зажигания. Это современный вариант, который находит все большее применение. В данной схеме в паре с каждой свечой зажигания работает своя катушка, чем достигается наилучшее согласование фаз газораспределения и воспламенения горючей смеси. Индивидуальные катушки конструктивно отличаются от общих, но принцип действия их одинаков. Данные катушки применяются в электронной системе зажигания. Часто такие катушки называют катушками карандашного типа (COP).

Сдвоенные (двухискровые) катушки зажигания. Как понятно из названия, эти катушки сдвоены, они позволяют получить сразу две искры в двух цилиндрах. Данные катушки иногда используются в двухтактных мотоциклетных и двухцилиндровых двигателях, такое решение позволяет избавиться от трамблёра и значительно упросить систему зажигания. Существует вариант сдвоенной катушки — счетверенная, она позволяет получить сразу четыре искры. В системах зажигания со сдвоенными (и с четверенными) катушками искры синхронно образуются в обоих цилиндрах, однако воспламенение горючей смеси происходит только в одном из них, так как второй в этот момент находится в НМТ, и воспламеняться там просто нечему.

Признаки неисправности катушки зажигания

Катушка является одним из основных компонентов системы зажигания, поэтому ее выход из строя сразу сказывается на работе двигателя. Наиболее часто поломка катушек проявляется следующим образом:

В двигателях с общей катушкой — сложный запуск двигателя, нестабильная работа двигателя (пропуски зажигания);
- В двигателях с индивидуальными катушками — «троение» двигателя, пропуски зажигания в каком-либо из цилиндров;
- В двигателях со сдвоенными катушками — «троение», пропуски зажигания сразу в двух цилиндрах, работающих от одной катушки.

В современных двигателях, оснащенных системой самодиагностики, при неисправности катушки зажигания на приборной панели загорается индикатор «Check engine». В этом случае сканером можно легко определить код неисправности, и выяснить, какая именно катушка вышла из строя.

Однако данные признаки могут говорить о неисправности любых других компонентов системы зажигания, топливной системы и цилиндропоршневой группы. В частности, пропуски зажигания могут возникать из-за неисправностей свечей зажигания, высоковольтных проводов и трамблёра, а также из-за отсутствия необходимой степени компрессии в цилиндре. В инжекторных двигателях проблемы могут возникать из-за загрязнения или выхода из строя топливных форсунок.

Поэтому при возникновении неполадок в работе двигателя необходимо произвести диагностику катушек зажигания . В двигателях, не оснащенных системой самодиагностики, можно выполнить несколько простых действий:

Выявить неисправную катушку — на работающем двигателе попеременно отсоединять высоковольтные провода от свечей зажигания. Если после снятия колпачка со свечи двигатель начинает работать хуже, то катушка данной свечи исправна, если же после снятия колпачка работа мотора не изменилась проблема в катушке данной свечи;
- Проверить сопротивление обмоток катушки. В рабочей катушке сопротивление первичной обмотки лежит в пределах 3-3,5 Ом, вторичной обмотки — в пределах 5-9 кОм. Слишком низкое сопротивление обмотки, особенно вторичной, свидетельствует о коротком замыкании внутри катушки. Имеет смысл проверять сопротивление всех катушек, так выявить неисправную катушку проще всего;
- Проверить свечу зажигания и высоковольтный провод, чтобы убедиться, что проблема заключается именно в катушке зажигания.

Неисправную катушку зажигания необходимо заменить, так как длительная работа двигателя с такой катушкой чревата различными проблемами, в том числе повышенным расходом топлива, повышенными вибрациями и даже повреждением каталитического нейтрализатора. Заменить катушку в большинстве моторов, особенно на российских автомобилях, несложно и не составит труда автомобилисту.

На большинстве современных бензиновых двигателей применяются системы индивидуального зажигания. Данная система зажигания отличается от классического зажигания и от DIS-системы зажигания тем, что каждая свеча зажигания в такой системе обслуживается собственной (индивидуальной) катушкой зажигания. В зависимости от устройства сердечника, индивидуальные катушки зажигания делятся на два типа – компактные, и стержневые.

Компактная (слева) и стержневая (справа) индивидуальные катушки зажигания, устанавливаемые непосредственно над свечами зажигания.

Конструктивно, индивидуальные катушки зажигания могут быть выполнены как отдельные элементы, либо объединены в модули по две, три или четыре катушки зажигания в одном модуле.

Модуль зажигания, состоящий из четырёх компактных индивидуальных катушек зажигания. Модуль устанавливается непосредственно над свечами зажигания.

В большинстве случаев, индивидуальные катушки зажигания устанавливаются непосредственно над свечами зажигания. Но встречаются двигатели, где катушки зажигания соединены со свечами зажигания посредством высоковольтных проводов.

Модули зажигания, состоящие из двух индивидуальных катушек зажигания, соединённых со свечами зажигания посредством высоковольтных проводов (на приведённом примере, каждый цилиндр двигателя оснащён двумя свечами зажигания, обслуживаемыми собственным модулем).

Принцип действия индивидуальных катушек зажигания.

Индивидуальная катушка зажигания за один рабочий цикл двигателя генерирует одну искру зажигания. Поэтому, в индивидуальных системах зажигания требуется синхронизация работы катушек с положением распределительного вала. При подаче напряжения на первичную обмотку катушки зажигания, через первичную обмотку начинает течь ток, вследствие чего в сердечнике катушки изменяется величина магнитного потока. Изменение величины магнитного потока в сердечнике катушки приводит к возникновению напряжения положительной полярности на вторичной обмотке. Так как скорость нарастания тока в первичной обмотке при этом относительно небольшая, то и возникающее при этом напряжение на вторичной обмотке относительно мало и находится в диапазоне 1…2 kV. Но при определённых обстоятельствах этой величины напряжения может оказаться достаточно для несвоевременного возникновения искрового разряда между электродами свечи зажигания и как следствие, слишком раннего воспламенения рабочей смеси. Во избежание возможных повреждений двигателя вследствие несвоевременного возникновения искрового разряда, образование искрового разряда между электродами свечи зажигания при подаче напряжения на первичную обмотку катушки зажигания должно быть исключено. В системах индивидуального зажигания, возникновение этого разряда предотвращается с помощью встроенного в корпус катушки зажигания диода EFU, включённого последовательно в цепь вторичной обмотки. В момент закрытия оконечного каскада зажигания, ток в первичной цепи резко прерывается, и магнитный поток стремительно уменьшается. Это быстрое изменение величины магнитного потока приводит к возникновению высокого напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания (при определённых условиях, напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания может достигать 40…50 kV). Когда это напряжение достигает значения, обеспечивающего образование искры между электродами свечи зажигания, сжатая в цилиндре рабочая смесь воспламеняется от искрового разряда между электродами свечи зажигания.

Типовые неполадки индивидуальных катушек зажигания.

Габаритные размеры индивидуальных катушек зажигания относительно малы, за счёт чего производителям двигателей удаётся легко их размещать непосредственно над свечами зажигания. Но из-за небольших размеров снижается надёжность катушек. Как следствие, индивидуальные катушки зажигания часто выходят из строя, и в первую очередь – изоляция вторичной обмотки. Повреждение изоляции обмотки приводит к межвитковому пробою высокого напряжения внутри катушки. Катушка зажигания с такой неисправностью обычно способна обеспечить поджег рабочей смеси в цилиндре при работе двигателя на малых нагрузках и на режиме холостого хода. Но при больших нагрузках на двигатель искрообразование прекращается, и цилиндр, обслуживаемый такой катушкой, перестаёт работать. Выявить данную неисправность можно по осциллограмме напряжения в первичной или во вторичной цепи катушки. Признаком межвиткового пробоя изоляции катушки является отсутствие затухающих колебаний в конце горения искры на осциллограмме сигнала.

Порядок проведения диагностики индивидуальных катушек зажигания.

Каждая свеча зажигания двигателя, оснащённого индивидуальной системой зажигания, обслуживается собственной катушкой зажигания и собственным коммутатором. По этой причине, диагностика индивидуальной системы зажигания проводится последовательно – системы зажигания каждого цилиндра диагностируется поочерёдно, одна за другой, как отдельные системы зажигания (по окончанию диагностики одной катушки зажигания диагност переходит к диагностике следующей катушки зажигания и т.д.). Основными контролируемыми параметрами при проведении диагностики индивидуального зажигания являются:

• наличие затухающих колебаний в конце участка горения искры между электродами свечи зажигания;
• продолжительность периода накопления энергии в магнитном поле индивидуальной катушки зажигания (обычно составляет 1,5…5,0 mS в зависимости от устройства катушки);
• продолжительность горения искры между электродами свечи зажигания (обычно составляет 1,5…2,5 mS в зависимости от устройства катушки). Следует учесть, что если из-за неполадки на каком либо режиме работы двигателя продолжительность горения искры между электродами свечи зажигания будет меньше 0,5 mS, то искровой разряд между электродами свечи зажигания возникнет, но топливовоздушная смесь от такого разряда не воспламенится.

Схемы индивидуального зажигания и точки подключения для проведения диагностики системы.

Ниже приведены схемы индивидуального зажигания. На схемах показаны точки подсоединения осциллографического щупа и высоковольтных датчиков к диагностируемой катушке, для проведения диагностики системы по осциллограммам напряжения в первичной и во вторичной цепях катушки

Схема системы индивидуального зажигания с внешним силовым каскадом управления первичной обмоткой катушки (схема приведена для одного цилиндра).

1. Точка съёма сигнала во вторичной цепи с помощью универсального накладного ёмкостного датчика "Cx Universal".
2. Аккумуляторная батарея.
3. Выключатель зажигания.
4. Индивидуальная компактная катушка зажигания без встроенного силового каскада управления первичной обмоткой катушки.
5. Свеча зажигания.
6. Блок управления двигателем (или коммутатор).

В корпус индивидуальной катушки зажигания может быть встроен силовой каскад управления первичной обмоткой катушки (коммутатор).

Схема системы индивидуального зажигания со встроенным в катушку силовым каскадом управления первичной обмоткой (схема приведена для одного цилиндра).

1. Точка подключения чёрного зажима типа "крокодил" осциллографического щупа.
2. Точка подключения пробника осциллографического щупа.
3. Место установки универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal" для съёма сигнала во вторичной цепи.
4. Аккумуляторная батарея.
5. Выключатель зажигания.
6. Индивидуальная компактная или стержневая катушка зажигания со встроенным силовым каскадом управления первичной обмоткой катушки.
7. Свеча зажигания.
8. Блок управления двигателем.

Диагностика по первичному напряжению индивидуальных катушек зажигания

Для проведения диагностики индивидуальной катушки зажигания по первичному напряжению, необходимо просмотреть осциллограмму напряжения на управляющем выводе первичной обмотки катушки при помощи осциллографического щупа.

Осциллографический щуп.

Для съёма осциллограммы напряжения на управляющем выводе первичной обмотки, осциллографический щуп необходимо подключить к аналоговому входу №5 USB Autoscope II, чёрный зажим типа "крокодил" подсоединить к "массе" на двигателе, пробник щупа подсоединить параллельно управляющему выводу первичной обмотки катушки зажигания.

Подключение осциллографического щупа к управляющему выводу первичной обмотки индивидуальной катушки зажигания.

Далее необходимо запустить диагностируемый двигатель. В окне программы "USB Осциллограф" необходимо выбрать "Управление => Загрузить настройки пользователя => => Ignition => Ignition_Primary". Теперь, в окне программы будет отображаться осциллограмма напряжения на первичной обмотке диагностируемой катушки зажигания.

исправной индивидуальной катушки зажигания.

1. Момент открытия силового транзистора коммутатора (начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания).
2. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (ток в первичной цепи резко прерывается и возникает пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания).

Осциллограмма напряжения на управляющем выводе первичной обмотки неисправной индивидуальной катушки зажигания. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний после окончания горения искры между электродами свечи зажигания (участок отмечен символом "4").

В корпус некоторых типов индивидуальных катушек зажигания встроен силовой каскад управления первичной обмоткой катушки. Управляющий вывод первичной обмотки таких катушек зажигания находится внутри корпуса катушки и оказывается недоступным для подсоединения к нему пробника осциллографического щупа. Это делает невозможным проведение диагностики такой индивидуальной катушки зажигания по первичному напряжению. В таком случае, диагностику катушки зажигания проводят по вторичному напряжению с помощью универсального накладного ёмкостного датчика "Cx Universal" или универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal".

Диагностика по вторичному напряжению индивидуальных катушек зажигания.

При проведении диагностики систем зажигания по вторичному напряжению применяют ёмкостной датчик. В случае если применение ёмкостного датчика невозможно, применяют индуктивный датчик. Применение ёмкостного датчика более предпочтительно, так как полученный с его помощью сигнал более точно повторяет форму осциллограммы напряжения во вторичной цепи диагностируемой системы зажигания.

Диагностика по вторичному напряжению с помощью ёмкостного датчика.

В качестве ёмкостного датчика для проведения диагностики индивидуальной катушки зажигания по вторичному напряжению применяется универсальный накладной ёмкостной датчик "Cx Universal".

Универсальный накладной ёмкостной датчик "Cx Universal".

Съём сигнала с помощью ёмкостного датчика возможен только в том случае, если создаваемое вторичной обмоткой катушки зажигания электрическое поле не экранировано конструктивно. Такими катушками зажигания являются некоторые компактные индивидуальные катушки зажигания без встроенного силового каскада управления первичной обмоткой.

Стержневые индивидуальные катушки зажигания.

Модуль зажигания, состоящий из четырёх стержневых индивидуальных катушек зажигания.

Для проведения диагностики индивидуальной катушки зажигания по вторичному напряжению при помощи универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal", разъём датчика необходимо подключить к расположенному на задней панели USB Autoscope II входу "Ignition". К входу "Sync" датчика "Lx Universal" необходимо подключить разъём осциллографического щупа, чёрный зажим типа "крокодил" щупа подсоединить к "массе" двигателя. Далее необходимо запустить диагностируемый двигатель. В окне программы "USB Осциллограф" выбрать "Управление => Загрузить настройки пользователя => => Ignition => Lx_Universal" для катушек без встроенного коммутатора или "Управление => Загрузить настройки пользователя => => Ignition => Lx_Universal+" для катушек со встроенным коммутатором. Пробник осциллографического щупа необходимо подсоединить параллельно управляющему/сигнальному выводу катушки зажигания. Сразу после подсоединения пробника осциллографического щупа к управляющему/сигнальному выводу катушки зажигания, в окне программы "USB Осциллограф" будут отображаться импульсы синхронизации. Если же пробник осциллографического щупа по ошибке подсоединён к любому другому выводу катушки зажигания (+12V, "масса"), импульсы синхронизации в окне программы отображаться не будут. После правильного подсоединения пробника осциллографического щупа, к диагностируемой катушке зажигания следует поднести универсальный накладной индуктивный датчик "Lx Universal".

Диагностика стержневой индивидуальной катушки зажигания по вторичному напряжению с помощью индуктивного датчика "Lx Universal".

Диагностика компактной индивидуальной катушки зажигания по вторичному напряжению с помощью индуктивного датчика "Lx Universal" (в данном случае, четыре компактные индивидуальные катушки зажигания объединены в единый модуль зажигания).

Следует выбрать такое расположение индуктивного датчика "Lx Universal" относительно сердечника диагностируемой катушки зажигания, при котором в окне программы "USB Осциллограф" будет отображаться осциллограмма напряжения во вторичной цепи диагностируемой катушки зажигания.

Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной стержневой индивидуальной катушки зажигания, полученная с помощью универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal".

1. Начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания (совпадает с моментом открытия силового транзистора коммутатора).
2. Пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания и начало горения искры (момент закрытия силового транзистора коммутатора).
3. Участок горения искры между электродами свечи зажигания.
4. Затухающе колебания, возникающие сразу после окончания горения искры между электродами свечи зажигания.

Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной стержневой индивидуальной катушки зажигания, полученная с помощью универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal". Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний в конце горения искры между электродами свечи зажигания (участок отмечен символом "4").

Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной стержневой индивидуальной катушки зажигания, полученная с помощью универсального накладного индуктивного датчика "Lx Universal" . Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний в конце горения искры между электродами свечи зажигания и очень короткое время горения искры.

Д. Соснин, А. Фещенко
Катушка зажигания - обязательный компонент любой автомобильной электроискровой системы зажигания. Описанию различных современных катушек зажигания посвящена настоящая статья.

1. Общие сведения

В наиболее распространенных системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности катушка зажигания представляет собой не только повышающий импульсный трансформатор (или автотрансформатор), но и накопитель энергии.

Как индуктивный накопитель энергии, катушка зажигания должна обладать определенной вместимостью магнитного поля, которую называют индуктивностью катушки. Для увеличения индуктивности первичной обмотки катушки зажигания применяют ферромагнитный сердечник. Чтобы сердечник не насыщался первичным током, что неизбежно приводит к уменьшению накапливаемой в магнитном поле энергии, магнитопровод делают разомкнутым. Это позволяет создавать катушки зажигания с индуктивностью первичной обмотки 5.. .10 мГн, при максимальной величине первичного тока 3...4 А. Такие параметры катушки приемлемы для контактной батарейной системы зажигания, так как в такой системе первичный ток не может быть выше 3...4 А из-за быстро прогрессирующей эрозии и обгорания контактной пары прерывателя (максимально допустимый ток разрыва на контактах - 4 А).

В катушке с индуктивностью Lк=10 мГн при максимальном токе I1= 4 А и КПД=50% можно запасти электромагнитной энергии Wк не более 40 мДж (Wk=Lk*I*I/2).

В первом приближении этого достаточно для устойчивого функционирования системы зажигания на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но с повышением "оборотистости" двигателя и числа его цилиндров ток разрыва на контактной паре из-за большой индуктивности катушки не успевает достичь своего максимального значения I1=Uб/R1=4 А (Uб - напряжение в бортсети автомобиля, R1 - сопротивление первичной обмотки катушки зажигания) и запасаемая в индуктивности энергия начинает быстро (по квадратичному закону) падать. При этом накопитель не дозаряжается до расчетной величины и электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции во вторичной обмотке катушки зажигания, а следовательно, и вторичное (выходное) напряжение системы зажигания становятся меньше. Как следствие, коэффициент запаса по вторичному напряжению в контактной системе зажигания очень низкий (не более 1,2).

Следует заметить, что увеличением индуктивности первичной обмотки катушки зажигания выше 10...11 мГн добиться повышения запасаемой энергии в контактной системе зажигания не удается, так как при этом увеличивается время нарастания первичного тока и на высоких оборотах ДВС ток не успевает достичь требуемого значения. При уменьшении индуктивности накопителя скорость нарастания первичного тока пропорционально растет, а активное сопротивление первичной обмотки падает. Таким образом с уменьшением индуктивности первичной обмотки можно увеличивать ток разрыва до 9...10 А и управлять этим током, изменяя время накопления энергии. При этом запасаемая энергия возрастает до 80...100 мДж. Все это становится возможным, если заменить контактную пару в первичной обмотке катушки зажигания на транзисторный ключ (электронный коммутатор). Теперь при достаточной избыточности энергии, накопленной в катушке зажигания, возможно нормировать время накопления с целью поддержания тока разрыва в строго заданных пределах. Это обеспечивает стабилизацию параметров системы зажигания на всех режимах работы ДВС, в том числе и облегченный пуск холодного двигателя при падении напряжения в бортсети автомобиля.

Рассмотрим катушку зажигания как повышающий импульсный трансформатор. Катушка содержит две обмотки - первичную и вторичную, намотанные на общий сердечник разомкнутого магнитопровода, выполненного из магнитомягкой электротехнической стали. Первичная обмотка состоит из небольшого числа витков, а вторичная - из очень большого числа витков более тонкого провода. В системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности первичная обмотка катушки зажигания подключается непосредственно к бортсети автомобиля. При этом, по ней протекает ток, который наводит вокруг витков катушки магнитное поле. Силовые линии этого поля, замыкаясь вокруг катушки, пронизывают витки обеих обмоток. К моменту разрыва токовой цепи в магнитном поле катушки накапливается электромагнитная энергия Wk. Прерывание первичного тока I1 приводит к исчезновению магнитного поля и индуцированию в витках обеих обмоток ЭДС самоиндукции. Величина наведенной таким способом ЭДС пропорциональна индукции запасенного магнитного поля и скорости его исчезновения, а также числу витков в обмотках. Так как вторичная обмотка состоит из очень большого числа витков, то ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, достигает значительной величины (в современных катушках - до 35000 В), с избытком достаточной для пробоя искрового промежутка в свечах зажигания. Наведенная ЭДС в первичной обмотке не превышает 500 В.

Устройство и параметры конкретной катушки зажигания зависят от типа системы зажигания, в которой данная катушка работает. Рассмотрим особенности катушек различных систем зажигания.

2. Конструкция и параметры классической катушки зажигания

Катушка зажигания классической батарейной системы зажигания (рис. 1)

Представляет собой электрический автотрансформатор с разомкнутой магнитной цепью и с большой индуктивностью первичной обмотки.

Сердечник 2 катушки набран из пластин электротехнической стали толщиной 0,35...0,5 мм, изолированных друг от друга окалиной или лаком. Иногда сердечник изготавливают в виде пакета из отрезков отожженной стальной проволоки. На сердечник надета изолирующая трубка 16, поверх которой намотана вторичная обмотка 4. Каждый слой вторичной обмотки изолирован кабельной бумагой 5, а высоковольтные слои намотаны с зазором в 2.3 мм, чтобы уменьшить опасность междувиткового пробоя. Первичная обмотка 15 намотана на вторичную. Корпус 1 катушки штампуется из листовой стали или вытягивается из алюминия. Внутри корпуса по его стенке уложен наружный по отношению к обмоткам магнитопровод 14, выполненный в виде свертка широкой ленты из отожженной электротехнической стали. В электрическом отношении этот сверток представляет собой широкий ленточный виток вокруг катушки, разомкнутый бумажной изоляцией и заземленный одной точкой на корпус. В магнитном отношении такой виток из отожженной стальной ленты является ограничивающим экраном для магнитного поля катушки.

Соединение обмоток катушки следующее: начало вторичной обмотки соединяется с выводом ВВ высокого напряжения. Конец вторичной обмотки и начало первичной обмотки соединены между собой и подведены к зажиму 10 (клемма "Б"). Конец первичной обмотки соединен с зажимом 7 (клемма "-"), который соединяется с прерывателем.*

Вывод высокого напряжения из катушки зажигания имеет оригинальное исполнение. Начало вторичной обмотки находится под высоким потенциалом и соединено с центральным стержнем 2 магнитопровода (точка 13 или 18 на рис. 1). Далее, через стержень 2 и электрическое соединение 11, высокое напряжение вторичной обмотки поступает на контакт 9 центрального высоковольтного вывода 8 катушки зажигания. Таким образом центральный стержень магнитопровода и намотанная на него вторичная обмотка являются высоковольтной сердцевиной катушки зажигания и находятся на достаточном, с точки зрения электрической прочности, удалении от корпуса. Чтобы сердцевина была жестко зафиксирована в корпусе, но не имела с ним электрического контакта, снизу установлена керамическая изолирующая опора 17, а сверху корпус завальцован пластмассовой изоляционной крышкой 6. Первичная обмотка как низкопотенциальная, но более нагревающаяся под действием первичного тока, намотана поверх вторичной и, таким образом, находится ближе к защитному кожуху (корпусу катушки). Так как пустоты между корпусом и обмотками внутри катушки заполнены трансформаторным маслом (или другим теплопроводящим наполнителем) 12, то такая конструкция обладает не только достаточно высокой электрической и механической прочностью, но и хорошим теплообменом с "массой" автомобиля через защитный кожух.

Реализованные таким способом внутренняя электрическая изоляция и естественное охлаждение катушки повышают срок ее службы и эксплуатационную надежность.

Катушка зажигания крепится к кузову автомобиля с помощью скобы 3. Надежное крепление способствует лучшему охлаждению катушки.

Некоторые катушки зажигания работают с добавочным резистором, который обычно устанавливают под крепежную скобу в керамическом изоляторе (рис. 2).

Схема соединений обмоток в таких катушках изменена. Так, общая точка соединения первичной W1 и вторичной W2 обмоток соединена не с клеммой Б (" + " напряжения бортсети), а через клемму 1 с прерывателем ("-" напряжения бортсети). При этом конец первичной обмотки выводится на дополнительную клемму ВКи далее через дополнительный резистор Rд- на клемму Б. Таким образом, добавочный резистор подключается к первичной обмотке катушки зажигания последовательно и обмотка рассчитывается на пониженное напряжение 7...8 В. На рабочих режимах двигателя напряжение питания в бортсети автомобиля составляет 12...14 В. Часть этого напряжения гасится на добавочном резисторе. На пусковых режимах двигателя, когда напряжение на аккумуляторной батарее падает, добавочный резистор закорачивается вспомогательными контактами тягового реле стартера или контактами дополнительного реле включения стартера (в зависимости от марки автомобиля), что обеспечивает первичной обмотке катушки зажигания необходимое рабочее напряжение 7...8 В.

Добавочный резистор обычно наматывается из константановой или никелевой проволоки. В последнем случае он выполняет роль так называемого вариатора. Сопротивление вариатора изменяется в зависимости от величины протекающего по нему тока: чем больше ток, тем выше температура нагрева вариатора и тем больше его сопротивление. Величина первичного тока, потребляемого катушкой зажигания, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При низкой частоте вращения, когда сила первичного тока к моменту его прерывания успевает достигнуть максимального значения, сопротивление вариатора также максимально. При повышении частоты вращения сила первичного тока падает, нагрев вариатора ослабевает и его сопротивление уменьшается. Так как вторичное напряжение, развиваемое катушкой зажигания, зависит от тока разрыва в первичной цепи, то применение вариатора дает возможность снизить вторичное напряжение при малой и повысить при большой частоте вращения вала двигателя, что несколько уменьшает основной недостаток контактной системы зажигания - снижение вторичного напряжения с увеличением частоты вращения. Если добавочный резистор выполнен из константана, вариационные свойства в нем не проявляются. Добавочный резистор может также устанавливаться отдельно от катушки зажигания. На некоторых автомобилях, например, на автомобилях фирмы АвтоВАЗ, добавочный резистор в системе зажигания отсутствует, что обусловлено применением аккумуляторной батареи с повышенными пусковыми свойствами, напряжение которой при пуске двигателя снижается незначительно.

Катушка зажигания как повышающий трансформатор характеризуется числом витков в обмотках. В зависимости от типа и назначения катушки число витков лежит в пределах 180...330 - для первичной и 18 000...26 000 - для вторичной обмоток. Соответственно диаметр провода первичной обмотки - 0,53...0,86 мм, а вторичной - 0,07...0,095 мм. Коэффициент трансформации - 55...100. Для катушек зажигания без добавочного резистора сопротивление R1 первичной обмотки - 2,9...3,4 Ом. Если катушка зажигания включается в цепь питания через добавочный резистор, то сопротивление первичной обмотки уменьшают до 1,5...2,1 Ом. При этом сопротивление добавочного резистора в зависимости от типа катушки - 0,9....1,9 Ом. Сопротивление R2 вторичной обмотки может составлять несколько десятков килоом. Значения индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания для систем зажигания с индуктивным накопителем энергии находится в пределах 6.. .11 мГн. В системах зажигания с емкостным накопителем индуктивность первичной обмотки катушки зажигания не является накопителем энергии, поэтому ее значение может быть значительно меньше (до 0,1 мГн). Индуктивность L2 вторичной обмотки составляет несколько десятков генри.

Катушки, работающие в контактных системах зажигания, обеспечивают следующие выходные характеристики:
- максимальное вторичное напряжение 18...20 кВ;
- скорость нарастания вторичного напряжения 200...250 В/мкс;
- суммарная длительность фаз искрового разряда 1,1...1,5 мс;
- энергия искрового разряда 15...20 мДж.

3. Катушки зажигания электронных систем зажигания

В контактно-транзисторных и транзисторных системах зажигания прерывание первичного тока катушки осуществляется не контактами механического прерывателя, а силовым транзистором. При этом первичный ток I1 может быть увеличен до 10...11 А. Это привело к необходимости создания специальных катушек зажигания с низкими значениями сопротивления и индуктивности первичной обмотки и большим коэффициентом трансформации (см. таблицу).

Длительное время катушки для электронных систем зажигания изготовлялись с электрически разделенными обмотками, т.е. с трансформаторной связью. При такой схеме соединения один из выводов вторичной обмотки соединен с корпусом катушки, т.е. с "массой" автомобиля. Считалось, что применением трансформаторной схемы включения обмоток можно избежать перегрузки выходного транзистора коммутатора дополнительным всплеском напряжения, возникающим в первичной обмотке во время разрядных процессов во вторичной цепи системы зажигания. Это утверждение справедливо только тогда, когда корпус катушки имеет надежный контакт с "массой" автомобиля. Однако окисление этого контакта, что довольно часто случается в эксплуатации, приводит к его нарушению, что становится причиной выхода из строя силового транзистора коммутатора. Поэтому в настоящее время катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания выпускаются с автотрансформаторной схемой соединения обмоток.

Первичная обмотка катушки в таких системах зажигания низкоомная и подключается к источнику питания, как правило, через выносной добавочный резистор. Иногда применяется блок из двух добавочных резисторов. Тогда один из резисторов включен постоянно и ограничивает ток в низкоомной первичной цепи, а второй резистор выполняет роль добавочного резистора, как и в классической контактной системе зажигания.

Катушки зажигания, рассчитанные для работы с транзисторным ключом, являются мощными потребителями электрической энергии. Следует помнить, что если на автомобиле, оборудованном электронной системой зажигания, выйдет из строя генераторная установка, то на аккумуляторной батарее можно проехать всего несколько десятков километров, тогда как на автомобиле с контактной системой зажигания в аналогичном случае - сотни километров.

Катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания имеют классическую конструкцию и выполнены по традиционной технологии: они маслонаполненные, с разомкнутым магнитопроводом и в металлическом корпусе. От катушек контактной системы зажигания они отличаются только обмоточными данными. Расход обмоточной меди у них по сравнению с катушками обычной контактной системы больше в 1,2...1,3 раза за счет увеличения диаметра провода первичной обмотки и увеличения числа витков вторичной. Выход ные характеристики катушек контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания близки к характеристикам катушек контактных систем. Однако последним они уступают по скорости нарастания вторичного напряжения (100...200 В/мкс) и, как следствие, более чувствительны к влиянию нагара на свечах.

В электронных системах зажигания высокой энергии с нормированным временем накопления (временем протекания первичного тока) применяются катушки зажигания, аналогичные по конструкции с выше рассмотренными: они имеют автотрансформаторную схему соединения обмоток и разомкнутый магнитопровод. Но поскольку эти катушки развивают повышенное вторичное напряжение при работе на открытую цепь (до 35 кВ), их высоковольтная изоляция усилена. Кроме того, при выборе параметров катушек для современных электронных систем зажигания учитываются следующие особенности работы этих систем:
- длительность импульсов первичного тока формируется таким образом, чтобы имел место минимум рассеиваемой мощности в катушке и на силовом транзисторе коммутатора;
- время протекания первичного тока зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя и напряжения питания;
- амплитуда импульсов первичного тока ограничивается на уровне 6,5.10 А в зависимости от типа электронного коммутатора;
- при неработающем двигателе, но включенном зажигании, ток в первичной обмотке катушки зажигания не протекает.

Конструктивная особенность катушек зажигания, применяемых в электронных системах с нормируемым временем накопления энергии, - наличие специального защитного клапана в высоковольтной крышке или в линии завальцовки крышки с корпусом. Этот клапан открывается в случае увеличения давления масла, что имеет место при повышении его температуры. Срабатывание клапана - это аварийная ситуация, возникающая тогда, когда выходит из строя система управления временем накопления энергии в электронном коммутаторе. При этом длительность протекания первичного тока увеличивается, катушка сильно нагревается и давление масла внутри ее корпуса повышается. Срабатывание защитного клапана предотвращает взрыв катушки. Но после этого катушка восстановлению не подлежит. Представительницей таких катушек является катушка 27.3705, которая широко применяется в составе электронной системы зажигания, например, на автомобилях ВАЗ-2108, 09. Эта катушка и подобные ей работают без добавочного резистора, а стабильные выходные характеристики системы зажигания при пуске двигателя (при снижении напряжения питания до 6...7 В) обеспечиваются за счет низкого сопротивления первичной обмотки (0,4...0,5 Ом).

4. Катушки зажигания микропроцессорных систем зажигания

В современных микропроцессорных системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности распределение высоковольтных импульсов по свечам в цилиндрах двигателя осуществляется без высоковольтного распределителя и чаще всего с применением двухвыводных катушек зажигания. Такой способ иногда называют статическим распределением. Система зажигания с двухвыводными катушками пригодна для работы на четырехтактном двигателе с любым четным числом цилиндров (2, 4, 6, 8.).

На рис. 3 показана схема выходного каскада системы зажигания для 4-х цилиндрового ДВС.

Чтобы чередование воспламенений топливовоздушной смеси в цилиндрах соответствовало порядку работы двигателя (1243 или 1342), первая свеча сгруппирована с четвертой, а вторая - с третьей. При таком со единении свечей "рабочие" искры возникают в цилиндрах в конце такта сжатия, а "холостые" искры - в конце такта выпуска. Ясно, что рабочие искры воспламеняют топливовоздушную смесь, а холостые - разряжаются в среде отработавших газов.

Первые двухвыводные катушки зажигания были изготовлены на базе традиционных одновыводных катушек с разомкнутым магнитопроводом в маслонаполненном металлическом корпусе. Они имели увеличенные габариты и массу и значительно отличались от прототипа по конструкции. Такие катушки не нашли широкого применения.

Разработка новых полимерных материалов, обладающих высокими диэлектрическими свойствами, позволила создавать так называемые "сухие" двухвыводные катушки зажигания.

Двухвыводная катушка зажигания (рис. 4) имеет разомкнутый магнитопровод и двухсекционную вторичную обмотку. Вторичная обмотка расположена сверху первичной, что обеспечивает надежную изоляцию выводов высокого напряжения. Охлаждение первичной обмотки - через центральный стержень магнитопровода, который выступает наружу и имеет крепежное отверстие. Обмотки катушки пропитаны компаундом и опрессованы полипропиленом, из пропилена выполнены также корпус, гнезда высоковольтных и низковольтных выводов.

В настоящее время все большее распространение получают трансформаторы зажигания, т.е. двухвыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом 1 (рис. 5).

В таких катушках вторичная обмотка 3 имеет каркасную секционную намотку, позволяющую уменьшить вторичную емкость и усилить изоляцию вторичной обмотки. Катушка имеет пластмассовый каркас 9, в который вмонтированы обмотки. При сборке обмотки заливаются эпоксидным компаундом 8. Катушка в сборе с обмотками и выводами представляет собой монолитную конструкцию с высокой стойкостью к механическим, электрическим и климатическим воздействиям.

Сердечник катушки 1, набранный из тонких листов электротехнической стали, состоит из двух симметричных половин, при стягивании которых в центральном стержне образуется зазор 0,3...0,5 мм для некоторого увеличения индуктивности первичной обмотки повышающего трансформатора (см. поз. 7, рис. 4). Наличие замкнутого магнитопровода позволяет уменьшить габариты и вес катушки, повысить КПД преобразования энергии, уменьшить расход обмоточного провода и электротехнической стали, улучшить параметры искрового разряда, снизить трудоемкость изготовления.

В некоторых модификациях микропроцессорных систем зажигания применяются четырехвыводные катушки зажигания, состоящие из двух двухвыводных катушек, собранных на общем Ш-образном магнитопроводе (рис. 6). В такой конструкции общим элементом является средний стержень магнитопровода, а взаимное влияние двух катушек друг на друга исключается с помощью двух воздушных зазоров б. Величина этих зазоров может достигать 1...2 мм, чем увеличивается магнитное сопротив ление в магнитопроводе и достигается развязка каналов.

Более распространенной является схема четырехвыводной катушки с высоковольтными диодами (рис. 7), которая содержит две встречно намотанные первичные обмотки и одну вторичную. Полярность вторичного напряжения определяется направлением укладки витков в первичных обмотках. Если в точке S (см. рис. 7) напряжение имеет положительную полярность, то открываются высоковольтные диоды VD1, VD4 и в соответствующих цилиндрах двигателя появляются искровые разряды (рабочая и холостая искры). Вторая первичная обмотка намотана в обратном направлении, и при прерывании в ней тока полярность вторичного напряжения в точке S изменится на отрицательную. При этом искровые разряды возникнут в двух цилиндрах двигателя со свечами FV2 и FV3. Для исключения взаимного влияния первичных обмоток в период образования импульсов высокого напряжения к их выводам низкого напряжения подключены разделительные диоды VD5, VD6.

К общим недостаткам систем зажигания с двух- и четырехвыводными катушками относится разнополярность высоковольтных импульсов относительно "массы" автомобиля на спаренных свечах зажигания. За счет этого пробивное напряжение в свечах может отличаться на 1,5...2 кВ.

В системах зажигания с накоплением энергии в емкости катушка зажигания выполняет функцию только повышающего импульсного трансформатора, ее габариты при этом могут быть значительно уменьшены. Это позволяет изготовлять индивидуальные катушки зажигания для каждой свечи в отдельности и монтировать их непосредственно на свечах (рис. 8б).

Для такой системы не нужны высоковольтные провода, которые являются источником радиопомех. Кроме того, исключается холостая искра. Вторичное напряжение несколько увеличивается и имеет только отрицательную полярность, что продлевает срок службы свечи зажигания.

Для микропроцессорных систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности выпускаются индивидуальные одновыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом - так называемые трансформаторы зажигания (см. рис. 8).

Катушки, работающие в составе современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности, обеспечивают высокие выходные характеристики:
- максимальное вторичное напряжение до 35 кВ;
- скорость его нарастания >700 В/мкс;
- суммарная длительность фаз искрового разряда 2,0...2,5 мс;
- энергия искрового разряда 80...100 мДж.

Высокий уровень вторичного напряжения и параметров искрового разряда способствуют выполнению жестких требований, предъявляемых к современному автомобильному двигателю по экономичности и токсичности. Повышение скорости нарастания вторичного напряжения делает систему зажигания менее чувствительной к нагарообразованию на тепловом конусе искровой свечи. Однако при этом на 20...30% возрастает пробивное напряжение на свечах, что объясняется соизмеримостью времени формирования искрового разряда в свече со временем нарастания на ней вторичного напряжения. При большом запасе по вторичному напряжению это не принципиально.

5. Техническое обслуживание

Катушка зажигания - достаточно надежный аппарат электрооборудования автомобиля, поэтому ее техническое обслуживание сведено к минимуму.

Прежде всего катушка должна быть чистой, как и другие высоковольтные элементы системы зажигания. Часто после мойки автомобиля наличие влаги на крышке катушки зажигания является причиной отказа пуска двигателя. Поэтому в тех случаях, когда влага может попасть в моторный отсек автомобиля (мойка, дождь, длительная стоянка при повышенной влажности воздуха), перед поездкой необходимо просушить или насухо обтереть высоковольтные элементы системы зажигания. Особое внимание следует обратить на вывод высокого напряжения катушки зажигания. Не вставленный до упора в гнездо катушки высоковольтный провод может привести к пробою изоляции, который обнаруживается по прогару крышки или выплавлению пластмассового покрытия (оболочки) корпуса. Если высоковольтный контакт в катушке почернел, но его изоляция не нарушена, контакт зачищают до блеска мелкой шкуркой, свернутой трубочкой. Таким же образом следует обработать наконечник высоковольтного провода. После зачистки убеждаются в плотной посадке провода в кон¬тактное гнездо. При необходимости надежность контакта достигается увеличением ширины прорези наконечника высоковольтного провода.

Обеспечение надежного крепления катушки к кузову автомобиля предупреждает появление механических повреждений и улучшает ее охлаждение. Кроме того, в контактно-транзисторных и транзисторных системах зажигания с катушками типа Б114, Б116, у которых обмотки имеют трансформаторную связь, предотвращается выход из строя силового транзистора коммутатора.

Неисправность катушки классической конструкции можно обнаружить внешним осмотром с последующей проверкой ее работоспособности "на искру". Внешним осмотром могут быть найдены трещины и электрические прожоги на крышке вокруг высоковольтного вывода. Для проверки катушки "на искру" отсоединяют центральный высоковольтный провод от распределителя и располагают его на расстоянии 5.10 мм от корпуса двигателя. Затем стартером прокручивают коленчатый вал двигателя и наблюдают за искрообразованием в зазоре между наконечником высоковольтного провода и "массой". В контактной системе зажигания проверять искрообразование можно без вращения коленчатого вала. Для этого снимают крышку распределителя и устанавливают контакты прерывателя в замкнутое состояние. Затем, включив зажигание рычажком прерывателя или ротором распределителя, размыкают и замыкают контакты. Бесперебойное искрообразование свидетельствует об исправности катушки зажигания.

Двухвыводные катушки зажигания микропроцессорных систем и электронных систем зажигания высокой энергии проверяют "на искру" с применением специального переносного разрядника (рис. 9).

Это делается для того, чтобы не получить травму или не вывести из строя электронные приборы на автомобиле. С помощью разрядника можно достаточно точно измерить вторичное напряжение на любой катушке зажига ния. Размер зазора между шарами разрядника почти линейно зависит от приложенного к ним напряжения в момент появления искры (см. график на рис. 9).

При отсутствии искры в зазоре между корпусом двигателя и наконечником провода, отсоединенного от центрального вывода распределителя, или между электродами разрядника проверку катушки завершают измерением сопротивлений обмоток. Если измеренные значения сопротивлений соответствуют нормальным (см. таблицу), а высоковольтной искры не возникает, то в катушке может иметь место высоковольтный (неконтролируемый простым способом) пробой изоляции между витками или на корпус.

Такая неисправность может быть обнаружена только на специальном испытательном стенде. В любом случае катушка зажигания, в которой обнаружены неисправности, не ремонтируется и подлежит замене.

В заключение следует отметить, что при написании настоящей статьи использовалась, в основном, информация по отечественным катушкам зажигания (см. таблицу). Что касается катушек зажигания импортных автомобилей, то они имеют очень схожие параметры и конструктивные показатели, так как рассчитываются и изготовляются по совершенно аналогичным принципам. Отсюда ясно, что замена импортных катушек зажигания отечественными возможна и вполне допустима. Следует только иметь ввиду, что катушки зажигания от разных типов систем зажигания не взаимозаменяемы, например, батарейная катушка зажигания не будет работать в электронной системе и наоборот - их параметры совершенно различны.

При замене катушки зажигания на ее место подбирают катушку со схожими рабочими параметрами, которые не должны отличаться более чем на 20...30%, а сами катушки должны иметь одинаковое конструктивное исполнение.

В таблице, в качестве примера, желтой строкой выделены параметры взаимозаменяемых катушек зажигания.

[email protected]

Для бензинового ДВС система зажигания является одной из определяющих, хотя в машине сложно выделить какой-то главный узел. Без мотора не поедешь, но и без колеса это тоже невозможно.

Катушка зажигания создает высокое напряжение, без которого невозможно образование искры и воспламенение топливо-воздушной смеси в цилиндрах бензинового двигателя.

Коротко о зажигании

Чтобы понять зачем в автомобиле бобина (это народное название), и какое участие она принимает в обеспечении движения, надо хотя бы обобщенно понять устройство систем зажигания.

Обязательно почитайте

Про все виды систем зажигания

Упрощенная схема работы бобины приведена ниже.

Плюсовой вывод катушки подключен к положительной клемме аккумулятора, а другим выводом она соединяется с распределителем напряжения. Такая схема подключения является классической и широко применяется на машинах семейства ВАЗ. Для полноты картины необходимо сделать ряд уточнений:

1. Распределитель напряжения является неким диспетчером, подающим напряжение на тот цилиндр, в котором произошла фаза сжатия и должны воспламениться пары бензина.
2. Работой катушки зажигания управляет коммутатор напряжения, его исполнение может быть механическим или электронным (бесконтактным).

Механические устройства использовались в старых автомобилях: на ВАЗ 2106 и подобных, но сейчас они практически полностью вытеснены электронными.

Устройство и работа бобины

Современная бобина является упрощенной версией индукционной катушки Румкорфа. Она была названа в честь изобретателя немецкого происхождения – Генриха Румкорфа, который первым запатентовал в 1851 году устройство, преобразовывающее постоянное низкое напряжение в переменное высокое.

Чтобы понять принцип работы, нужно знать устройство катушки зажигания и основы радиоэлектроники.

Это традиционная, общая катушка зажигания ВАЗ, применяемая в течение длительного времени и на многих других автомобилях. Фактически это импульсный высоковольтный трансформатор. На сердечнике, предназначенном для усиления магнитного поля, тонким проводом намотана вторичная обмотка, она может содержать до тридцати тысяч витков провода.

Поверх вторичной обмотки находится первичная из более толстой проволоки и с меньшим количеством витков (100-300).

Обмотки с одних концов соединены между собой, второй конец первичной подсоединяется к аккумуляторы, вторичная обмотка свободным концом подключена к распределителю напряжения. Общей точкой обмотки катушки подключены к коммутатору напряжения. Всю эту конструкцию закрывает защитный корпус.

Через «первичку» в исходном состоянии протекает постоянный ток. Когда нужно образовать искру, цепь разрывается коммутатором или трамблером. Это приводит к образованию высокого напряжения во вторичной обмотке. Напряжение поступает на свечу нужного цилиндра, где и образуется искра, вызывающая сгорание топливной смеси. Для соединения свечей с распределителем использовались высоковольтные провода.

Конструкция с одним выводом не является единственно возможной, существуют и другие варианты.

• Двухискровые. Сдвоенная система применяется для цилиндров, которые работают в одной фазе. Предположим, в первом цилиндре происходит сжатие и искра нужна для воспламенения, а в четвертом фаза продувки и там образуется холостая искра.
• Трехискровые. Принцип работы как у двухвыводной, только используются подобные на 6 цилиндровых двигателях.
• Индивидуальные. Каждая свеча оснащена собственной катушкой зажигания. В данном случае обмотки поменяны местами - первичная находится под вторичной.

Как проверить катушку зажигания

Основной параметр, по которому определяется работоспособность бобины, является сопротивление обмоток. Существуют усредненные показатели, говорящие о ее исправности. Хотя не всегда отклонения от нормы являются показателем неисправности.

С помощью мультиметра

С помощью мультиметра можно проверить катушку зажигания по 3 параметрам:

1. сопротивление первичной обмотки;
2. сопротивление вторичной обмотки;
3. наличие короткого замыкания (пробой изоляции).

Следует учесть, что таким образом можно проверить только индивидуальную катушку зажигания. Сдвоенные устроены иначе, и необходимо знать схему вывода «первички» и «вторички».

Первичную обмотку проверяем присоединив щупы к контактам Б и К.

Измеряя «вторичку» подключаем один щуп к контакту Б, а второй к высоковольтному выводу.

Изоляцию замеряют через клемму Б и корпус катушки. Показания прибора должен быть не ниже 50 Мом.

Далеко не всегда у просто автолюбителя под рукой имеется мультиметр и опыт его использования, в дальней дороге проверка катушки зажигания указанным способом также недоступна.

Другие способы

Еще одним способом, особенно актуальным для старых автомобилей, в том числе и ВАЗах, будет проверка искры. Для этого центральный высоковольтный провод помещается на расстояние 5-7 мм от корпуса двигателя. Если при попытках завести машину проскакивает синяя или ярко-фиолетовая искра - бобина работает нормально. Если цвет искры более светлый, желтый, или она отсутствует вовсе, это может служить подтверждением ее поломки, либо неисправности провода.

Есть простой способ проверить систему с индивидуальными катушками. Если двигатель троит, нужно просто поочередно отсоединять питание катушек на заведенном двигателе. Отключили разъем и звук работы поменялся (машина задвоила) – катушка в порядке. Звук остался прежним – искра на свечу в этом цилиндре не поступает.

Правда проблема может быть и в самой свече, поэтому для чистоты эксперимента следует поменять местами свечу из этого цилиндра с любой другой.

Подключение катушки зажигания

Если при демонтаже вы не запомнили и не отметили какой провод к какой клемме шел, схема подключения катушки зажигания следующая. На клемму со знаком + или буквой Б (батарея) подается питание от аккумулятора, на букву К подключается коммутатор. Цвета проводов в автомобилях могут отличаться, поэтому проще всего отследить какой куда идет.

Правильность подсоединения важна, и в случае нарушения полярности можно испортить саму бобину, трамблер, коммутатор.

Вывод

Одним из важных узлов в автомобиле является бобина, создающая высокое напряжение для образования искры. Если в работе двигателя появляются провалы, он начинает троить и просто нестабильно работать – причиной может быть в ней. Поэтому важно знать, как проверить катушку зажигания правильно, а при необходимости и дедовским методом, в полевых условиях.

ZnanieAvto.ru

Катушка зажигания: устройство, принцип работы и признаки неисправности

Катушка зажигания – второй элемент в последовательности системы зажигания двигателя автомобиля. Работа катушки зажигания схожа с функциями трансформатора и основана на преобразовании низковольтного напряжения от аккумуляторной (стартерной) батареи автомобиля, в высоковольтное напряжение, генерируемое для свечей зажигания, вследствие чего происходит воспламенение воздушно-топливной смеси.

Устройство катушки зажигания

Состоит катушка из первичной и вторичной обмоток, железного сердечника и корпуса с изоляцией. На сердечнике, набранном из тонких металлических пластин, намотаны две обмотки из толстой и тонкой медной проволоки.

Принцип работы катушки зажигания аналогичен работе трансформатора. При подаче напряжения на цепь первичной обмотки в катушке создается магнитное поле. Вторичная обмотка катушки зажигания самоиндуцируется и генерирует напряжение. Трансформированное напряжение подается на свечи зажигания через распределительное устройство, а высоковольтный разряд продолжается, пока созданная катушкой энергия не будет истрачена.

Разновидности катушек

На сегодняшний день существует достаточное количество типов катушек зажигания, которые можно устанавливать как на старые отечественные автомобили с карбюраторными двигателями, так и на более современные автомобили с непосредственным впрыском топлива.

Корпусные катушки зажигания устанавливаются на автомобили с механическим распределением зажигания, где распределитель, вращаясь, подает высоковольтное напряжение на каждую свечу зажигания в определенной последовательности. Такой способ коммутации и распределения напряжения не применяется в современном автомобилестроении из-за малых сроков службы и низкой надежности.

Катушка с электронным распределением зажигания, или распределяющая катушка, не требует для своей работы дополнительно контактного каскадного прерывателя, ведь с развитием технологий в микроэлектронике стала возможной интеграция такого прерывателя зажигания в саму катушку. Такая катушка подойдет для автомобилей с механическим распределением зажигания.

Двухискровая катушка зажигания позволяет генерировать напряжение для свечей одновременно в двух цилиндрах двигателя за один оборот коленчатого вала, при этом согласование между системой зажигания и распределительным валом не требуется. Такие катушки целесообразно применять только в двигателях с четным количеством цилиндров, например, для двигателя с четырьмя цилиндрами понадобится две катушки, с шестью - три, соответственно, с восьмью - четыре.

Двухискровая катушка зажигания

«Интеллектуальная» штекерная катушка зажигания является одноискровой и устанавливается прямо на каждую свечу зажигания. Конструкция и функциональные характеристики такой катушки позволяют отказаться от применения в системе высоковольтных проводов, но при этом необходимы соединительные зажимы (клеммы), рассчитанные на высокое напряжение. За счет своей компактности эти катушки применяют в автомобилях с малым объемом свободного подкапотного пространства, но компактный - не значит малоэффективный. Штекерная катушка может запросто конкурировать со своими собратьями.

Устройство штекерной катушки зажигания

Достоинствами катушки являются:

1. Наиболее широкий диапазон настройки угла опережения зажигания.
2. Диагностика пропусков зажигания с первичной и вторичной обмоток.
3. Искрогашение во вторичной цепи с помощью высоковольтного диода.

Применяются такие устройства для двигателей с любым числом цилиндров, однако здесь строго требуется синхронизация с положением распределительного вала с помощью соответствующего датчика.

Неисправности катушек и их диагностика

Катушка зажигания – довольно-таки надежный элемент системы, но и её не обходят стороной всяческие неисправности, зачастую связанные с несоблюдением правил эксплуатации. Рассмотрим часто встречающиеся признаки неисправности катушки зажигания:

• Неустойчивые обороты двигателя на холостом ходу.
• Провалы двигателя при резком открытии дроссельной заслонки.
• Загорелся «Чек».
• Отсутствует искра.

В первую очередь, при возникновении поломки системы зажигания, следует визуально осмотреть катушку и найти трещины, обугленности, а так же проверить её температуру и влажность. Если греется катушка зажигания, то это может свидетельствовать о том, что произошло межвитковое замыкание и устройство подлежит замене. Повышенная влажность в месте, где находится катушка зажигания, так же может сказаться на работе двигателя. Если катушка сухая, без трещин, копоти и не горячая, но неисправность в системе все же присутствует, необходимо провести её диагностику.

Если автомобиль не заводится, то есть прокручивается стартер, но двигатель не подхватывает зажигание, это может означать, что нет искры с катушки зажигания.

1. Как проверить катушку зажигания на работоспособность для бесконтактной системы распределения зажигания? Необходимо отсоединить высоковольтный провод, расположенный по центру распределителя зажигания и расположить этот провод на расстоянии примерно 5 миллиметров от металлического корпуса двигателя. Затем прокручиваем стартером коленчатый вал двигателя и наблюдаем за наличием искры в зазоре между контактной частью высоковольтного провода, который отсоединили от распределителя, и корпусом двигателя (масса).
2. В контактной системе зажигания из этой процедуры исключается прокручивание коленчатого вала стартером, а именно: снимаем крышку распределителя зажигания и устанавливаем контакты прерывателя напряжения в замкнутое состояние. Затем включаем зажигание рычажком прерывателя, размыкаем и замыкаем контакты. Наличие при этом искры в зазоре между проводом и массой говорит нам об исправной работе катушки зажигания.

Если диагностика катушки зажигания выявила отсутствие искры, то нужно проверить сопротивление катушки зажигания. Для этого потребуется обычный мультиметр, или омметр и технический паспорт на катушку, где можно посмотреть её параметры, включая сопротивление обмоток. Перед тем, как проверить катушку зажигания, отсоединяем все провода и поочередно замеряем сопротивление обеих обмоток, при этом сопротивление первичной обмотки должно быть меньше, чем у вторичной. Если в ходе измерений выяснилось, что сопротивление обеих обмоток соответствует заводским параметрам, а при проверке «на искру» этой самой искры не было, то можно сделать вывод, что произошел пробой изоляции между витками и корпусом.

Замена катушки зажигания

В случае неисправности катушки и невозможности её восстановления, она подлежит замене. Можно купить точно такую же оригинальную, а можно подобрать аналогичную, при этом их характеристики не должны отличаться более чем на 20-30 процентов, а так же иметь одинаковое крепление и конструктивное исполнение. Например, для отечественных автомобилей ВАЗ-2108 - 2109 с электронными катушками 27.3705 от отечественного производителя, подойдут не сильно отличающееся по параметрам катушки 0.221.122.022 фирмы «Bosch». В этом случае разброс параметров составит от 10 до 15%.

Подводя итог можно отметить, что при написании статьи использовалась реальная информация о проблемах, с которыми сталкивался каждый водитель. Все катушки практически не отличаются друг от друга по принципу действия, но не все из них взаимозаменяемы, например, катушки с механическим распределением зажигания не сможет работать с бесконтактным распределением и наоборот.

SwapMotor.ru

Принцип работы и устройство катушки зажигания

Приветствую вас друзья на сайте ремонт автомобилей своими руками. Катушка (модуль) зажигания - один из ключевых узлов автомобиля, обеспечивающих своевременное воспламенение топливовоздушной смеси и нормальную работу двигателя.

Устройство катушки зажигания

Назначение катушки зажигания - увеличить стандартное напряжение автомобиля (12 Вольт) в более высокий потенциал, что гарантирует появление мощной искры между электродами свечи. Итог - возгорание рабочей смеси, движение поршней, вращение коленчатого вала и движение машины.

Конструктивные особенности и виды катушки зажигания

Устройство катушки зажигания предельно просто. Основа узла - обычный двухобмоточный трансформатор. Между «первичкой» и «вторичкой» находится сердечник из стали. Защищается вся конструкция с помощью изолированного корпуса.

Каждая из обмоток имеет свои особенности:

Для «первички» используется толстый провод из качественной меди. Число оборотов - 100-150. Входное напряжение - 12 Вольт;

- «вторичка» наматывается поверх первичной обмотки. В ее составе - от 15 до 30 тысяч оборотов. В качестве материала (как и в первом случае) используется медная проволока, но уже с другим сечением.

Описанная выше система характерна для различных типов катушек - индивидуального и сдвоенного типа. Рабочее напряжение на «вторичке» устройства - 35 тысяч вольт.

Роль изолирующего состава выполняет трансформаторное масло, которое находится внутри изделия. Кроме изолирующей, масло выполняет еще одну функцию - защищает устройство от перегрева.

Виды катушек могут быть:

1. Общими. Такие устройства используются в авто, где есть или отсутствует распределитель. Конструкция данного изделия описана в разделе выше. В частности, устройство состоит из двух обмоток, сердечника из стали и внешнего корпуса. Сформированный импульс направляется к электродам свечей.

2. Индивидуальными. Устройства задействованы в авто с электронным зажиганием. Особенность - наличие «первички» внутри «вторички». Индивидуальное устройство устанавливается непосредственно на каждую свечу зажигания.

3. Сдвоенными. Они применяются в автомобилях с электронной организацией зажигания. Особенность такого устройства - наличие сдвоенных проводов, что гарантируют подачу искры сразу к двум камерам сгорания. При этом в такте сжатия будет только одна камера, а для второй воспламенение является холостым.

Как работает катушка зажигания?

Зная устройство узла, много проще понять и принцип работы катушки зажигания. К «первичке» подводится потенциал с АКБ (12 Вольт). После этого в трансформаторе создается магнитное поле.

Периодически подаваемое напряжение разрывается с помощью прерывателя, что приводит к сокращению магнитных потоков и формированию в обмотках ЭДС.

Теперь вспоминаем курс физики, где хорошо раскрыт закон ЭМИ (электромагнитной индукции). В нем сказано, что размер ЭДС непосредственным образом зависит от числа витков в контуре. Следовательно, во «вторичке» формируется более высокое напряжение.

Полученный потенциал передается непосредственно на электроды свечей, что способствует появлению искры и возгоранию подготовленной горючей смеси.

В более старых машинах ВАЗ напряжение от узла отходило ко всем свечкам при помощи распределителя. Минус устройства - недостаточная надежность, поэтому современные устройства объединяются в общую систему и расходятся на каждую свечку по отдельности.

Основные поломки и способы диагностики катушки

В процессе эксплуатации возможны следующие неисправности катушки зажигания:

• Сбои в работе двигателя;
• неустойчивость холостого хода;
• сложности в регулировке холостого хода;
• проблемы с пуском мотора или невозможность завода двигателя (особенно это проявляется в холодную погоду);
• отсутствие искры в одной или нескольких свечах;
• дергание во время начала движения и в период поездки.

При наличии подозрений на неисправность, важно знать, как проверить катушку зажигания. Действуйте по следующему алгоритму (на примере ВАЗ-2108-2109):

1. Готовьте инструмент, который понадобится для выполнения работ. Здесь необходим тестер (можно использовать обычный мультиметр, в котором есть режим омметра), а также ключ на «восемь» (он может быть рожковым или накидном).

2. Проведите подготовительные работы. В частности, проверьте узел без его демонтажа с автомобиля. Для этого отбрасывайте «минус» от источника питания, снимайте провод, отходящий от модуля, отсоединяйте провода, которые подключены к выводам катушки.

Для выкручивания винтов используйте ключ на «восемь». При этом запомните позицию проводов, чтобы при их возвращении на место не допустить ошибку.

Сама проверка осуществляется в несколько этапов:

1. Диагностика исправности первичной обмотки. Подсоединяйте один щуп мультиметра к выходу «Б», а второй - к выходу «К» (это начало и конец первичной обмотки). Ставьте переключатель в режим измерения сопротивления (оно должно находиться на уровне 0.4-0.5 Ом).

2. Диагностика исправности витков вторичной обмотки. Чтобы проверить данную часть катушки, подключайте щуп мультиметра к выходу «Б», а второй - к выводу самого провода. Измерения должны показать сопротивление на уровне 4.5-5.5 кОм.

3. Диагностика целостности изоляционного покрытия. Один из щупов тестера подключайте к выходу «Б» устройства, а вторым прикасайтесь к внешней части. В данном случае сопротивление должно находиться на уровне около 50 мОм и более. Если хотя бы одна из 3-х проверок была «провалена», то катушку нужно менять.

При эксплуатации катушки зажигания нужно учитывать несколько полезных советов, возможно когда нибудь они вам пригодятся.

Нельзя оставлять зажигание включенным на длительное время (при условии, что двигатель не заведен). Такая оплошность приводит к уменьшению ресурса катушки и ее быстрой поломке.

Производите очистку и диагностику состояния изделия. Проверяйте качество фиксации проводников. Особое внимание уделяйте проводам, по которым проходит высокое напряжение. Кроме этого, убедитесь, что на кожух или во внутреннюю часть устройства не поступает влага.

Не отбрасывайте провода от устройства, когда зажигание активно. Если это необходимо сделать, то используйте специальные перчатки.

Как видно из статьи, устройство и работа катушки зажигания, а также ее обслуживание не должны вызвать проблем даже у начинающего автолюбителя. Главное - быть внимательным к своему автомобилю, обращать внимание на описанные выше неисправности и своевременно проверять катушку зажигания на наличие дефектов.

При выявлении поломок старайтесь не затягивать с заменой узла. В противном случае неприятности с заводом мотора могут застать в дороге.

RemontAvtoVaz.ru

Устройство катушки зажигания и принцип работы

И снова здравствуйте, друзья! В продолжение темы об столь сложной системе автомобиля, как электронное зажигание, предлагаю разобрать неотъемлемый и без сомнения главный ее элемент под названием катушка зажигания! Ведь именно она гарантирует появления нужного напряжения на электродах свечи, которое обеспечивает воспламенение горючей смеси и соответственно движение самого транспортного средства. Другими словами, механизм увеличивает стандартные 12 вольт в огромное количество раз, до 35 тысяч вольт. За счет чего и собственно, как это происходит я и попытаюсь сегодня вам растолковать.

Конструктивные особенности

Итак, что такое катушка зажигания? По большему счету это обычный автомобильный трансформатор с незатейливым строением! Его устройство заключается в двухслойной изолированной обмотке и стальном сердечники. Первый такой слой, рассчитан на низковольтные импульсы (6-12 В), он выполненный из медной проволоки большего диаметра с количеством витков от 100, до 150.

Второй слой, уже создается из проводов малого сечения и располагается под первичной обмоткой, контактируя одним концом с минусовым ее выводом. За счет огромного количества витков (до 30 тыс.) и положению медной проволоки, образуется импульсное напряжение высокого значения. Подается ток из положительного конца вторичной обмотки через центральный вывод катушки. В свою очередь металлический сердечник, размещенный ровно по середине катушки зажигания, существенно повышая магнитное поле обмоток.

Все описанные выше элементы закупорены в специальном корпусе, который каждый автолюбитель может наблюдать под капотом своего автомобиля, хоть на инжекторе он, хоть на карбюраторе. Особую роль в подобном строении, да и в целом электрике, играет изоляция. Ее обеспечивает специальная крышка корпуса, на которой кстати присутствуют клеммы первичной и вторичной обмотки (подробней на схеме), а также трансформаторное масло. Жидкость к тому же, выполняет еще одну важнейшую функцию – охлаждение.

Какими бывают катушки зажигания?

На данный момент друзья, ваш покорный слуга насчитал целых три типа катушки зажигания. Все они играют одну и ту же роль, но несмотря на это, имеют разную конструкцию, а иногда даже принцип действия. Сейчас, предлагаю уделить достаточно времени каждой из них!

Общий тип – классический

Катушка зажигания общего типа работает в паре со специальным распределителем (трамблером), который проводит импульс к нужному цилиндру. Используется она на автомобилях с любой системой зажигания. Весь процесс создания искры, выглядит следующим образом:

• Напряжение от аккумулятора поступающее на прибор, следует по виткам первого слоя проволоки.
• Таким образом, создается магнитное поле, за счет которого, на вторичной обмотке зарождается импульс высокого напряжения.

На заметку: для расчета выходного напряжения, следует количество витков второго слоя проволоки умножить на индукцию поля первичной обмотки. Это означает, что чем больше витков на вторичной обмотке, тем соответственно выше ток на выходе.

• Железный сердечник одним своим нахождением в корпусе, увеличивает магнитное поле, а с ним и напряжение.
• Сбросить температуру от возможного токового нагрева помогает трансформаторное масло.

В связи с тем, что крышка такой катушки зажигания герметично прилегает к корпусу, ремонту прибор практически не подлежит. Чтобы наверняка убедиться в ее неисправности, требуется замерить сопротивление ее витков. Этот показатель у каждой катушки свой и вам нужно его знать, возможные отклонения при замере будут означать выход из строя агрегата.

Двухвыводная или сдвоенная катушка

Работа катушки зажигания такого типа не требует наличия в системе распределителя и может быть подключена к свечам двумя способами:

1. Импульсы подаются посредством нескольких проводов высокого напряжения.
2. С помощью одного провода высокого напряжения и наконечника.

Несмотря на то, что корпус существенно отличается от общего типа катушек, внутреннее строение практически идентично им. Единственное отличие – пара выводов для подачи импульсов. Да вы не ослышались, два выхода и соответственно искра поступает на две свечи сразу. Вы ведь в курсе, что одновременный конец такта сжатия сразу в двух цилиндрах нереален? Если нет, теперь точно знаете.

Так вот, в момент искрозажигания, конец такта будет только в одном цилиндре, где успешно топливовоздушная смесь будет воспламенена. Во втором же, искра будет абсолютно бестолковая, иными словами – холостая. Однако спустя некоторое время все изменится с точностью до наоборот.

Наверное, вы обратили внимание, что речь шла всего о двух цилиндрах, но как же спаренная катушка справляется с 4? Да никак, такие агрегаты используются в основном в мотоциклах с электронным зажиганием, а вот для машины существует четырехвыводная катушка или говоря простым языком – модуль зажигания. Его мы разбирали в прошлой статье, помните?

Индивидуальная катушка зажигания

Данная разновидность катушки зажигания носит такое имя неспроста. Каждая свеча накала силового агрегата получает собственную, индивидуальную катушку зажигания, отсюда собственно и название. Выглядит все достаточно просто, прибор устанавливается непосредственно на саму свечу. Таким образом, отпадает потребность применения в цепи бронепроводов, но несмотря даже на то, что устройство имеет совершенно другой корпус, принцип его работы остается прежним. Между собой индивидуальная катушка отличается устройством сердечника, отсюда два ее типа:

Как работает такой механизм в общем? Суть в принципе та же, но вот чтобы воссоздать ту оказывается уже устаревшую советскую катушку в более компактных габаритах и при этом сделать ее на порядок эффективнее, пришлось кое-что изменить.

• Сердечник – теперь их два, внутренний остается в середине, а внешний выносится за обмотку.
• Обмотка – выполняется, как и ранее в два слоя, но с той лишь разницей, что поверх первичной располагается вторичная.
• Диод – крепится ко вторичной обмотки и предохраняет оба слоя от высоких нагрузок.

В завершение

Ну что сказать друзья, данный вид катушки зажигания определенно легче своего предшественника как в прямом, так и в переносных смыслах! Он компактен, требует меньше энергозатрат и более надежен. По-моему, лидер в этой гонке очевиден.

Повторюсь: практически все элементы зажигания сложно поддаются ремонту, не исключение и катушка зажигание. Замена, в большинстве случаев, только замена.

Саму по себе катушку зажигания мы разобрали вдоль и поперек. Строение, принцип работы, разновидности – мы говорили казалось обо всем. Но почему-то мне хочется говорить о ней и говорить! Поэтому уже в будущей статье, я расскажу вам как идентифицировать вышедший из строя агрегат, как сделать все аккуратно и правильно! Признаки неисправности катушки зажигания, собственноручная ее диагностика и многое другое уже в следующей публикации! На этом ставлю жирное троеточие и жду новых встреч на страницах нашего блога! До скорого…

С уважением, Максим Марков!

carsmotion.ru

Катушка зажигания в системах автомобиля

Катушка зажигания (для краткости будем называть её КЗ) представляет собой один из важнейших компонентов любой системы зажигания, главная задача которого заключается в преобразовании токов с низким напряжением в токи с высоким напряжением для получения высоковольтного импульса на свече зажигания.

Иногда, как в обиходе, так и в специализированной литературе встречается и другое наименование катушки – «бобина».

По сути, катушка зажигания является трансформатором, который обладает высоким коэффициентом трансформации. Значение этого коэффициента тем выше, чем выше напряжение во вторичной обмотке. Однако рост коэффициента обычно влечет за собой и увеличение габаритов устройства, что ограничивает данный процесс, так как в подкапотном пространстве современного автомобиля места не так уж и много. Бобина также должна обладать способностью к быстрому заряду после отдачи высоковольтного импульса на свечу зажигания, особенно при повышенных оборотах работы двигателя авто.

Устройство и принцип работы катушки зажигания

Фактически, устройство катушек зажигания (КЗ) не менялось с того самого момента, как появился первый автомобиль. Как уже упоминалось выше, бобина зажигания представляет собой трансформатор (упрощенная катушка Румкорфа), состоящий из двух обмоток, как правило, из медного сплава. Первичная обмотка при этом выполнена из более толстой проволоки и имеет около 100-150 витков, а вторичная обмотка состоит из тонкой проволоки и насчитывает уже до 30 000 витков. Так как первичная обмотка выделяет больше тепла, чем вторичная, располагается она ближе к сердечнику трансформатора.

В наши дни бобины часто дополняются добавочным сопротивлением с целью увеличения напряжения во вторичной обмотке при сохранении относительно небольших размеров устройства.

Бобины могут иметь как битумную, так и масляную изоляцию, причем последняя позволяет изготавливать катушки зажигания различной конфигурации. Различные синтетические материалы, которые сегодня широко используются при изготовлении данного элемента системы зажигания, обеспечивают хорошее сцепление между всеми частями катушки. Ранее в конструкции катушек зажигания применялся незамкнутый магнитопровод, в наше же время используется и его замкнутый вариант.

Принцип действия этого устройства довольно прост. В первичной обмотке трансформатора протекает постоянный ток низкого напряжения (12В, а на старых автомобилях и мотоциклах – 6В), и в тот момент, когда необходима искра на свече зажигания, происходит размыкание контактов первичной цепи.

В зависимости от типа системы зажигания прерывание контактов происходит с помощью механического устройства или же при помощи транзисторных или тиристорных ключей (электронным способом). Согласно закону электромагнитной индукции во вторичной обмотке происходит создание токовых импульсов с высоким выходным напряжением, которое можно рассчитать по формуле: величина напряжения = количество витков * индукция в витке.

Подключение катушки зажигания – на что важно обратить внимание

Заменить неисправную катушку зажигания своими силами, в принципе, не так уж и сложно, особенно при соблюдении ряда рекомендаций. Первая из них заключается в том, что, как и при любых других вмешательствах в работу электрических приборов и систем автомобиля, необходимо отключить питание в бортовой сети. Для этого достаточно снять клемму, имеющую знак «-», с автомобильного аккумулятора.

Если нет полной уверенности в правильности подключения бобины, то лучше найти схему для конкретной марки автомобиля в веб-Сети, благо сделать это в наше время совсем несложно, или же обратиться к специалисту, так как неверно подключенное устройство может и само выйти из строя, и привести к поломке других компонентов зажигания.

Вторая, но не менее важная рекомендация – перед тем, как отсоединить старую катушку зажигания, следует запомнить, а лучше зарисовать, куда и как подключаются высоковольтные провода, особенно при замене модуля зажигания, имеющего несколько катушек и множество проводов. Подсоединяя бобину или модуль зажигания, следует хорошо затянуть все крепления и контакты, так как зазоры в них приведут к значительным утечкам тока.

Диагностика и возможные неисправности КЗ

Несмотря на то, что современные катушки зажигания являются довольно надежными устройствами, иногда они все же выходят из строя. Причем очень часто причинами поломки является неправильная эксплуатация или же неверные действия при поисках неисправностей в работе всей системы зажигания.

Так, к примеру, проверка искры на свечах при отсоединенном главном высоковольтном проводе, который идет от бобины к прерывателю, может привести к сгоранию не только самой катушки, но и повреждению других дорогостоящих компонентов, особенно если речь идет об электронной системе зажигания. Использование некачественных или неисправных свечей зажигания также может привести к поломке катушки зажигания. Происходит это из-за обратных газов, которые разъедают силиконовый (или каучуковый) наконечник бобины/модуля зажигания.

Проверить всё можно вот таким прибором, который представлен на этой фотографии.

Наиболее же распространенным признаком неисправности катушки является ее высокая температура даже при выключенном двигателе.

Причиной тому может быть довольно длительное активное положение ключа в замке зажигания, приводящее к повышенной нагрузке на катушку. Она, в свою очередь, становится причиной перегрева обмоток бобины, что при частом повторении может вызвать их пересыхание и обсыпание. Перегрев также может происходить и из-за износа силиконовых наконечников, вызывающего утечку тока.

Отдельно стоит отметить, что хотя езда с неисправной катушкой или катушками зажигания иногда возможна, это может привести к не очень хорошим последствиям. Например, может оплавиться каталитический нейтрализатор в системе выпуска выхлопных газов, а также возможно увеличение расхода топлива до 25% из-за падения КПД и снижения мощности двигателя.

Нет искры с катушки зажигания – что делать?

Одним из самых неприятных моментов для любого автомобилиста является отсутствие искры на катушке зажигания. Однако причина этого не всегда кроется в самой бобине. Перед тем, как проверять катушку, необходимо провести визуальный осмотр подкапотного пространства, особое внимание уделяя состоянию высоковольтных проводов, блока управления зажиганием (в электронной системе) и трамблера (в контактной и бесконтактной системах). При наличии следов загрязнения (пятен от машинного масла, песка или водных разводов) их нужно аккуратно устранить чистой сухой тряпкой. После этого надо осмотреть и проверить все контакты и изоляцию проводки, при обнаружении поврежденных участков – заменить детали и компоненты на новые.

Если после вышеперечисленных действий искра на катушке так и не появилась, то нужно удостовериться в исправной работе свечей, ЭБУ и прерывателя-распределителя. Начать проверку лучше со свечей зажигания. Сняв поочередно с каждой из них свечной провод, следует поднести его на расстояние 5-8 мм к любой неокрашенной металлической части кузова и включить зажигание. При вращении стартера должна появиться искра, причем свечение ее должно быть бледно-голубоватого оттенка. Если искра имеет яркий красный, оранжевый, белый цвет или же вовсе отсутствует, то дело действительно в неисправности катушки зажигания.

При нормальной искре на свечах зажигания следует перейти к проверке трамблера, осмотрев первым делом его крышку, которая должна быть без каких-либо механических повреждений. При сильном загрязнении ее следует очистить смоченной в бензине чистой тряпкой. Центральный угольный контакт трамблера не должен «зависать», проконтролировать это можно просто переместив его пальцем.

Среди неисправностей трамблера часто встречаются проблемы с ротором, у которого может быть повреждена изоляция. Чтобы проверить ее состояние, нужно отсоединить центральный высоковольтный провод от ротора и вручную размыкать и замыкать контакты прерывателя. При исправной работе ротора в зазорах не будет искр.

Как проверить катушку зажигания?

Что касается проверки модулей зажигания, которые имеют несколько катушек, то это несколько сложнее, чем оценка состояния всего одной катушки.

Наиболее простым методом является поочередное отключение коннекторов от каждой из катушек при работающем двигателе. При отсоединении провода от исправной катушки будут слышны провалы в работе мотора («троение»), а отключение неисправной катушки не никак скажется. Именно эту катушку и стоит заменить. Помочь найти неисправную катушку могут и свечи зажигания. Как правило, электроды свечи на дефективной бобине имеют черный нагар. Многие современные автомобили имеют систему самодиагностики, и неисправность в той или иной катушке зажигания будет высвечиваться на панели приборов в виде специального кода, значение которого поможет установить сервисная книга.

Чтобы удостовериться в поломке катушки, можно снять ее с автомобиля и замерить сопротивление первичной и вторичной обмоток. Однако производить данные действия на большинстве современных моделях авто лучше в специализированном автосервисе, так как неумелое отключение катушки или модуля зажигания может привести к выходу из строя ЭБУ.

На автомобилях с одной катушкой зажигания проверка займет чуть меньше времени, тем более что на системах зажигания без электронных блоков управления данную деталь можно снимать самостоятельно без боязни повредить что-либо. После снятия катушки, первым делом, необходим визуальный осмотр. Поверхность корпуса не должна быть покрыта толстым слоем грязи и копоти, а также иметь какие-либо механические повреждения. Грязь, как ни странно, является одной из основных причин утечек тока. Далее следует проверить катушку на наличие внутренних обрывов в обмотках, для чего потребуется прозвонить ее с помощью специального прибора – омметра. Начинать данную операцию надо с первичной обмотки, сопротивление которой при исправной работе должны быть намного меньше, чем вторичной.

Если вышеперечисленные действия не помогли выявить неисправность, то в таком случае остается еще один способ. Потребуется подключить первичную обмотку катушки к источнику постоянного тока (аккумулятору) и параллельно подсоединить конденсатор, имеющий точно такую же емкость, что и установленный в системе зажигания. Ко вторичной обмотке следует подключить свечу и несколько раз включить источник питания. Появление характерного треска будет свидетельствовать о наличии пробоев в обмотке устройства.

Ремонт и замена – цены в России и странах СНГ

Средняя стоимость работ по ремонту и замене катушек /модулей зажигания в автомастерских России и стран СНГ в пересчете на российскую валюту:

• замена силиконового наконечника катушки – от 100 рублей;
• замена катушки зажигания – от 200 рублей;
• замена модуля зажигания – от 250 рублей;
• диагностика работы катушки/модуля зажигания – от 200 рублей

Цены приведены без учета стоимости заменяемых компонентов.

Какие катушки зажигания самые лучшие?

В наше время, когда экономика на постсоветском пространстве является открытой системой, можно найти довольно много аналогов какого-либо вида продукции. Без преувеличения то же самое можно сказать и о катушках зажигания.

Помимо оригинальных бобин для той или иной модели авто рынок автомобильных запчастей предлагает и универсальные аналоги различных производителей, в том числе китайских и российских заводов.

Однозначного ответа на вопрос о том, какие катушки зажигания являются самыми лучшими, не существует, так как те или иные модели обладают как рядом преимуществ, так и некоторыми недостатками. Так, к примеру, одна катушка будет служить долго и исправно, но стоимость ее при этом тоже будет высокой, а другая будет несколько дешевле, но прослужит более короткий срок.

Однако в наш век, когда автомобили меняются довольно часто, устанавливать «вечные» детали тоже не всегда целесообразно.

• ATS 04473 высоковольтная бобина LADA Priora 1,6i/Kalina– от 700 рублей;
• BOSCH 0221504473 катушка зажигания LADA Samara/110-12/Priora/Kalina – от 1 400 рублей;
• BOSCH 0221504473 катушка зажигания отдельно на свечу ВАЗ 2112 1.6L – от 1 750 рублей;
• HUCO 133826 катушка зажигания LADA Priora/Kalina– от 1 350 рублей;
• BOSCH 0221503485 катушка зажигания FORD Fiesta/Fusion/Focus II – от 1 580 рублей;
• HUCO 138809 катушка зажигания FORD Mondeo III – от 1 700 рублей;
• CONCORD CI-8048 катушка зажигания FORD Fiesta/Fusion/Mondeo II,III/ Focus II – от 2 250 рублей;
• CHAMPION BAE409A/245 катушка зажигания RENAULT Megan II, NISSAN Almera Classic – от 3 000 рублей;
• SWAG 60 92 1524 катушка зажигания для RENAULT 1,4 - от 4 500 рублей;
• BOSCH 0986221001 катушка зажигания для RENAULT 1,6 - от 3 500 рублей;
• BOSCH F 000 ZS0 221 катушка зажигания для RENAULT 1,4 – от 2 500 рублей;
• ASAM 30179 катушка зажигания RENAULT Logan/Clio/Megane 8V/Kangoo – от 1 800 рублей;
• HUCO 133846 катушка зажигания TOYOTA Avensis/Corolla – от 2 000 рублей;
• BOSCH 221504020 катушка зажигания TOYOTA Aygo/Rav 4/ Corolla/ Yaris – от 2 500 рублей;
• BREMI 20166 катушка зажигания CHEVROLET Aveo, DAEWOO Matiz – от 1 500 рублей;
• AMD AMDEL414 катушка зажигания CHEVROLET Captiva/Aveo 1,4/ Lacetti 1,8 и 2,0/ Lanos/ Evanda – от 1 400 рублей.

Катушка зажигания – второй элемент в последовательности системы зажигания двигателя автомобиля. Работа катушки зажигания схожа с функциями трансформатора и основана на преобразовании низковольтного напряжения от аккумуляторной (стартерной) батареи автомобиля, в высоковольтное напряжение, генерируемое для свечей зажигания , вследствие чего происходит воспламенение воздушно-топливной смеси.

Состоит катушка из первичной и вторичной обмоток, железного сердечника и корпуса с изоляцией. На сердечнике, набранном из тонких металлических пластин, намотаны две обмотки из толстой и тонкой медной проволоки.

Принцип работы катушки зажигания аналогичен работе трансформатора. При подаче напряжения на цепь первичной обмотки в катушке создается магнитное поле. Вторичная обмотка катушки зажигания самоиндуцируется и генерирует напряжение. Трансформированное напряжение подается на свечи зажигания через распределительное устройство, а высоковольтный разряд продолжается, пока созданная катушкой энергия не будет истрачена.

Разновидности катушек

На сегодняшний день существует достаточное количество типов катушек зажигания, которые можно устанавливать как на старые отечественные автомобили с карбюраторными двигателями, так и на более современные автомобили с непосредственным впрыском топлива.

Корпусные катушки зажигания устанавливаются на автомобили с механическим распределением зажигания, где распределитель, вращаясь, подает высоковольтное напряжение на каждую свечу зажигания в определенной последовательности. Такой способ коммутации и распределения напряжения не применяется в современном автомобилестроении из-за малых сроков службы и низкой надежности.

Катушка с электронным распределением зажигания, или распределяющая катушка, не требует для своей работы дополнительно контактного каскадного прерывателя, ведь с развитием технологий в микроэлектронике стала возможной интеграция такого прерывателя зажигания в саму катушку. Такая катушка подойдет для автомобилей с механическим распределением зажигания.

Двухискровая катушка зажигания позволяет генерировать напряжение для свечей одновременно в двух цилиндрах двигателя за один оборот коленчатого вала, при этом согласование между системой зажигания и распределительным валом не требуется. Такие катушки целесообразно применять только в двигателях с четным количеством цилиндров, например, для двигателя с четырьмя цилиндрами понадобится две катушки, с шестью — три, соответственно, с восьмью — четыре.

«Интеллектуальная» штекерная катушка зажигания является одноискровой и устанавливается прямо на каждую свечу зажигания. Конструкция и функциональные характеристики такой катушки позволяют отказаться от применения в системе высоковольтных проводов, но при этом необходимы соединительные зажимы (клеммы), рассчитанные на высокое напряжение. За счет своей компактности эти катушки применяют в автомобилях с малым объемом свободного подкапотного пространства, но компактный — не значит малоэффективный. Штекерная катушка может запросто конкурировать со своими собратьями.

Достоинствами катушки являются:

1. Наиболее широкий диапазон настройки угла опережения зажигания.
2. Диагностика пропусков зажигания с первичной и вторичной обмоток.
3. Искрогашение во вторичной цепи с помощью высоковольтного диода.

Применяются такие устройства для двигателей с любым числом цилиндров, однако здесь строго требуется синхронизация с положением распределительного вала с помощью соответствующего датчика.

Неисправности катушек и их диагностика

Катушка зажигания – довольно-таки надежный элемент системы, но и её не обходят стороной всяческие неисправности, зачастую связанные с несоблюдением правил эксплуатации. Рассмотрим часто встречающиеся признаки неисправности катушки зажигания:

• Неустойчивые обороты двигателя на холостом ходу.
• Провалы двигателя при резком открытии дроссельной заслонки.
• Загорелся «Чек».
• Отсутствует искра.

В первую очередь, при возникновении поломки системы зажигания, следует визуально осмотреть катушку и найти трещины, обугленности, а так же проверить её температуру и влажность. Если греется катушка зажигания, то это может свидетельствовать о том, что произошло межвитковое замыкание и устройство подлежит замене. Повышенная влажность в месте, где находится катушка зажигания, так же может сказаться на работе двигателя. Если катушка сухая, без трещин, копоти и не горячая, но неисправность в системе все же присутствует, необходимо провести её диагностику.

Если автомобиль не заводится, то есть прокручивается стартер, но двигатель не подхватывает зажигание, это может означать, что нет искры с катушки зажигания.

1. Как проверить катушку зажигания на работоспособность для бесконтактной системы распределения зажигания? Необходимо отсоединить высоковольтный провод, расположенный по центру распределителя зажигания и расположить этот провод на расстоянии примерно 5 миллиметров от металлического корпуса двигателя. Затем прокручиваем стартером коленчатый вал двигателя и наблюдаем за наличием искры в зазоре между контактной частью высоковольтного провода, который отсоединили от распределителя, и корпусом двигателя (масса).
2. В контактной системе зажигания из этой процедуры исключается прокручивание коленчатого вала стартером , а именно: снимаем крышку распределителя зажигания и устанавливаем контакты прерывателя напряжения в замкнутое состояние. Затем включаем зажигание рычажком прерывателя, размыкаем и замыкаем контакты. Наличие при этом искры в зазоре между проводом и массой говорит нам об исправной работе катушки зажигания.

Если диагностика катушки зажигания выявила отсутствие искры, то нужно проверить сопротивление катушки зажигания. Для этого потребуется обычный мультиметр, или омметр и технический паспорт на катушку, где можно посмотреть её параметры, включая сопротивление обмоток. Перед тем, как проверить катушку зажигания, отсоединяем все провода и поочередно замеряем сопротивление обеих обмоток, при этом сопротивление первичной обмотки должно быть меньше, чем у вторичной. Если в ходе измерений выяснилось, что сопротивление обеих обмоток соответствует заводским параметрам, а при проверке «на искру» этой самой искры не было, то можно сделать вывод, что произошел пробой изоляции между витками и корпусом.

Замена катушки зажигания

В случае неисправности катушки и невозможности её восстановления, она подлежит замене. Можно купить точно такую же оригинальную, а можно подобрать аналогичную, при этом их характеристики не должны отличаться более чем на 20-30 процентов, а так же иметь одинаковое крепление и конструктивное исполнение. Например, для отечественных автомобилей ВАЗ-2108 — 2109 с электронными катушками 27.3705 от отечественного производителя, подойдут не сильно отличающееся по параметрам катушки 0.221.122.022 фирмы «Bosch». В этом случае разброс параметров составит от 10 до 15%.

Подводя итог можно отметить, что при написании статьи использовалась реальная информация о проблемах, с которыми сталкивался каждый водитель. Все катушки практически не отличаются друг от друга по принципу действия, но не все из них взаимозаменяемы, например, катушки с механическим распределением зажигания не сможет работать с бесконтактным распределением и наоборот.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них