Принцип работы катушки зажигания

Работает катушка зажигания по такому принципу: напряжение, подающееся от источника питания, проходит по виткам первичной обмотки, из-за чего образуется магнитное поле, которое воздействует на вторичную обмотку. Благодаря этому полю в ней формируется импульс напряжения высокого значения. На это значение сказывается большое количество витков данной обмотки, поскольку индукция магнитного поля первой обмотки умножается на количество витков вторичной обмотки. Отсюда и высокое выходное напряжение.

Чтобы увеличить магнитное поле внутри катушки, тем самым обеспечив более высокое выходное напряжение, внутрь катушки помещен железный сердечник.

Видео: Индивидуальная катушка зажигания ВАЗ

Ещё кое-что полезное для Вас:

• Что такое калильное число свечей зажигания?
• Как выбрать лучшие свечи зажигания?
• Как заменить свечи зажигания?

Поскольку во время работы катушки возможен токовый нагрев обмоток, для охлаждения используется трансформаторное масло, которым заполняется полость корпуса. Крышка ее прилегает к корпусу герметично, поэтому катушка является неразборной. В случае неисправности ремонту она так же не подлежит.

Входное и выходное напряжение катушки не являются главными характеристиками, при помощи которой можно проверить исправность ее. Проверку работоспособности катушки производят по сопротивлению ее витком. При этом у каждой из катушек сопротивление может быть разным. К примеру, катушка может обладать сопротивлением первой обмотки на уровне 3,0 Ом, а вторичной – 7000-9000 Ом. Отклонение при замере от данных значений будет указывать на неисправность катушки. А поскольку она неремонтируемая, то она попросту заменяется.

Выше была описана конструкция катушки общего типа. Устанавливается она на все автомобили имеющие батарейную, бесконтактную и электронную систему зажигания, и оснащаются распределителем, который импульс от катушки направляет на нужный цилиндр.

Конструкция трамблера

Распределитель зажигания, или трамблер (что это такое, знает каждый автолюбитель), состоит из нескольких элементов. Во-первых, это металлический корпус. Изготовлен он из сплава алюминия, это благоприятно влияет на уровень защиты от помех. Во-вторых, ротор трамблера, который соединяется с бегунком и распределительным валом. В-третьих, сам бегунок, у которого имеются два контакта – внешний и внутренний (в центре). На внутренний подается высокое напряжение, с внешнего оно снимается и поступает на контакты в крышке трамблера. Между внутренним и внешним контактами находится сопротивление. Оно необходимо для поглощения помех. Внутри корпуса расположено несколько элементов – датчик Холла, вакуумный и центробежный регуляторы угла зажигания. Все эти элементы позволяют функционировать двигателю в нормальном режиме при любых условиях.

Устройство и принцип работы катушки зажигания

На фото представлена одна из разновидностей катушек.

В зависимости от типа КЗ может состоять из:

1. Изолятора, предотвращающего утечку тока из устройства;
2. Корпуса, в котором собраны все элементы (чаще всего он металлический, но также встречаются и пластиковые аналоги, выполненные из термостойкого материала);
3. Изоляционной бумаги;
4. Первичной обмотки, которая выполнена из заизолированного кабеля, намотанного в 100-150 витков. На ней имеются выходы на 12В;
5. Вторичной обмотки, которая имеет строение, схожее с основной, но насчитывает 15-30 тыс. витков, намотанные внутри первичной. Элементами с подобной конструкцией может оснащаться модуль зажигания, двухвыводная и сдвоенная катушка. В этой части КЗ создается напряжение, превышающее 20тыс.В в зависимости от модификации системы. Чтобы контакт каждого элемента устройства был максимально заизолирован, и не образовывался пробой, используется наконечник;
6. Клеммного контакта первичной обмотки. На многих катушках он обозначается буквой К;
7. Контактного болта, с помощью которого контактный элемент фиксируется;
8. Центрального выхода, на который надевается центральный провод, идущий к распределителю;
9. Защитной крышки;
10. Клеммного элемента питания бортовой сети машины;
11. Контактной пружины;
12. Фиксирующей скобы, с помощью которой устройство закрепляется в неподвижном положении в подкапотном пространстве;
13. Внешнего кабеля;
14. Сердечника, который предотвращает образование вихревого тока.

В зависимости от типа автомобиля и системы зажигания, которая в нем используется, расположение КЗ несет индивидуальный характер. Чтобы быстро найти этот элемент, нужно ознакомиться с технической документацией для автомобиля, в котором будет указываться электрическая схема всего авто.

Работа КЗ имеет принцип функционирования трансформатора. Первичная обмотка по умолчанию подключена к АКБ (а когда двигатель работает, используется энергия, которую вырабатывает генератор). Пока она находится в состоянии покоя, ток проходит по кабелю. В этот момент обмотка образует магнитное поле, воздействующее на тонкий провод вторичной обмотки. В результате этого воздействия в высоковольтном элементе накапливается высокое напряжение.

Когда срабатывает прерыватель и отключается первичная обмотка, в обоих элементах образуется электродвижущая сила. Чем выше ЭДС самоиндукции, тем быстрее пропадет магнитное поле. Для ускорения этого процесса на сердечник КЗ также может подаваться ток малого вольтажа. На вторичном элементе увеличивается сила тока, из-за чего напряжение на этом участке резко падает и образуется напряжение дуги.

Этот параметр сохраняется, пока энергия полностью не исчезнет. У большинства современных автомобилей этот процесс (снижение напряжения) длится на протяжении 1.4мс. Для образования мощной искры, способной пробить воздух между электродами свечи, этого вполне достаточно. После полного разряда вторичной обмотки остаток энергии задействуется для поддержания напряжения и затухающих колебаний электричества.

Как работает

Принцип работы катушки зажигания основывается на базовых физических законах, которым учили еще в школе. Его можно охарактеризовать следующим образом: напряжение низковольтного типа отправляется в первичную обмотку. Все это создает магнитное поле. Иногда это напряжение может быть отсечено прерывателем, что становится причиной резкого сокращения магнитного поля вместе с образованием электродвижущей силы в витках катушки.

Если верить физическому закону касательно электромагнитной индукции, то величина электродвижущей силы, которая возникает таким образом, является пропорциональной количеству витков в обмотке контура. Этим можно объяснить то, что во вторичной катушке образуется высокого напряжения импульс, ведь там находится большое количество витков. Этот импульс подается к свече зажигания. Причем данный процесс не характерен для индивидуального типа, так как такой устанавливается непосредственно на свечу.

Именно благодаря этому импульсу, передаваемый при помощи катушки, между электродами свечи возникает искра, что становится причиной воспламенения топливно-воздушной смеси. А в тот момент, когда возникновение этой искры уже просто необходимо, контакты в распределителе-прерывателе размыкаются. В этот же момент происходит разрыв цепи первичной обмотки. Ток высоковольтного характера появляется на центральном контакте катушки, после чего вновь отправляется – на тот контакт, напротив которого в этот конкретный момент находится электрод бегунка. После всего этого происходит замыкание цепи, а импульс проходит на свечу зажигания, принадлежащей одному из цилиндров.

Устаревшие модели автомобилей располагали такими катушками, напряжение от которых приходило сразу ко всем свечам при помощи распределителя зажигания. Последний механизм оказался недостаточно надежным, в связи с чем в современных авто начали активно применять системы с катушками индивидуального типа, принадлежащий каждой отдельной свече. В связи с этим энергия искрообразования увеличилась, а уровень радиопомех, что создавала система зажигания, наоборот уменьшился. Также применение данной системы позволило распрощаться с необходимостью использовать высоковольтные провода, которые часто оказываются ненадежными.

Катушка, как важнейший элемент общей системы зажигания, нуждается в особенном внимании и уходе. Поэтому таким не стоит пренебрегать и ожидать до последнего, пока из строя выйдет на только данный механизм, но и вся система зажигания, а позже и автомобиль. Так что я рекомендую всегда находить время для осуществления хотя бы элементарной диагностики авто и системы зажигания в частности, тем более если о принципе ее работы теперь известно. И пусть автомобиль никогда не подводит.

Принцип работы катушки зажигания

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

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

Схема работы катушки зажигания в автомобиле

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

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

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

Виды катушек зажигания

Основными параметрами катушек зажигания являются следующие характеристики:

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

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

Классическая конструкция катушки зажигания

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

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

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

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

Конструктивные отличия индивидуальных катушек

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

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

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

Двухвыводные катушки зажигания

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

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

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

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

Сухие и маслозаполненные катушки

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

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

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

О дорогостоящем процессе изготовления

Что крупные трансформаторы и намотки для электродвигателей, что маленькие автомобильные катушки стоят приличных денег. Конечной, сравнивать автомобильную электрику с таковой на станции нет смысла, но и та, и другая очень требовательна к материалам и технологиям производства.

Поскольку вторичная обмотка составлена мелким проводом, правильная намотка не может быть простым делом: провод толщиной 0,1 мм должен ложиться ровно, без малейших перекосов. Если вы видите в катушке даже мелкий пропуск , можете быть уверены в том, что все изделие начнет греться . Вместе с перегревом выйдет из строя изоляция.

Крайне важна запрессовка проводов. При работе двигателя автомобиль начинает вибрировать, а значит, играет роль разводка мелких проводков внутри катушек. Если они болтаются свободно, появляется риск короткого замыкания.

Высокие требования предъявляются к материалам. Корпус катушки должен выдерживать даже большие механические нагрузки. Сегодня корпус состоит из ударопрочного ABS-пластика . Изоляционные материалы в современных катушках могут служить даже в химически агрессивной среде.

Внешние признаки и неисправности бесконтактной и электронной систем зажигания

Функциональная схема бесконтактной системы зажигания

Общие признаки неисправности любой системы могут заключаться в неполадках в аккумуляторе, в результате чего не срабатывает двигатель. Также они характеризуются следующими факторами:

• затруднение при запуске, после чего глохнет двигатель;
• неустойчивость функционирования аккумулятора и двигателя на холостом ходу;
• низкая мощность мотора;
• высокий уровень расхода топлива;
• срабатывание специального индикатора или лампочки.

В случае с бесконтактной системы, если не включается, или не выключается зажигание могут быть обнаружены пропуски из-за того, что неправильно срабатывает аккумулятор и целый ряд характерных признаков. Основным из них является случай, когда двигатель глохнет сразу после запуска. Обрыв высоковольтных проводов, неисправность катушки зажигания или свечей, а также пробои в крышке распределительного датчика и повышенный расход топлива обуславливаются многочисленными дефектами в центробежном регуляторе опережения зажигания. Также причина пропуска может крыться в неисправность регулятора вакуумного типа, в зависимости от характера автомобиля.

Внешние признаки неполадок в электронной системе зажигания практически идентичны проблемам, характерным бесконтактным системам. Однако, в этом случае дефекты связаны с поломками в свечах, входном датчике, который не горит, и электронном блоке управления.

Советы по эксплуатации

Вот несколько советов, которые помогут продлить «жизнь» катушки зажигания.

• Следите за исправностью всех элементов бортовой электросети. «Убить» деталь может любое отклонение от нормы: скачки напряжения в аккумуляторе, нарушение целостности высоковольтного кабеля, некорректное функционирование блока управления.
• Не покупайте слишком дешевые свечи. Они имеют слабый уплотнитель, который может привести к прорыву отработавших газов. Если используются индивидуальные катушки, это самым непосредственным образом влияет на их работу, увеличивая температуру в области обмотки, что может привести к перегреву и нарушению ее целостности. Лучше купить модель подороже – это убережет от поломки другие элементы электросети.
• Проверяйте прибор мультиметром не только когда он даст знать о неисправности. Регулярно проводите профилактические замеры. Порой поломка начинается с незначительного изменения сопротивления, которое никак не проявляет себя. В дальнейшем это может привести к перегреву и появлению более ощутимых проблем.
• Используйте для установки устройства штатные крепления. Не располагайте рядом с ним дополнительных приспособлений, которые не предусмотрены конструкцией двигателя. Все это может привести к нарушению вентиляции и перегреву. А это, в свою очередь, приводит к перегоранию изоляции или проволоки в обмотке.
• Следите за тем, чтобы корпус прибора всегда оставался чистым. Загрязнения также негативно сказываются на способности приспособления к отдаче тепла и могут вызвать значительный перегрев.

Если прибор исправен, но водителю все равно кажется, что двигатель запускается медленно, можно приобрести модель с более хорошими характеристиками, которая выдает более высокое напряжение.