Ювелирное обозрение

(Примечание: данная статья является общепознавательной и не привязана к какой либо марке автомобиля)

Задачи катушки зажигания

Катушка зажигания накапливает энергию и вырабатывает высокое напряжение для образования искрового разряда на электроде свечи зажигания.

Функция катушки зажигания основывается на законе индукции: катушка зажигания состоит из магнитомягкого железного сердечника, первичной обмотки из медной проволоки с малым количеством витков (сечением примерно 0,75 мм 2 ) и вторичной обмотки из медной проволоки с большим количеством витков (сечением примерно 0,63 мм 2 ). Соотношение витков составляет примерно 1:200.

Поставляемая от аккумулятора энергия в требуемый момент зажигания отключается от конечной ступени управления. Магнитное поле первичной обмотки переносится на вторичную обмотку. Возникающее во вторичной обмотке напряжение зависят от количества витков. Это высокое напряжение используется для искрообразования на электроде свечи.

При оптимальном составе смеси энергия зажигания должна составлять примерно 0,2 мДж, при более бедной или богатой смеси – примерно 3 мДж. Однако в практике расход энергии гораздо выше.

Вырабатываемая энергия в современных системах зажигания достигает от 60 до 200 мДж. Это означает, что при контакте с проводящими высокое напряжение частями может возникнуть угроза жизни!

Термины в системе зажигания

Аккумулирование энергии: во время цикла заряда катушка накапливает энергию в магнитопроводе. Ток подается – катушка заряжается (цепь первичной обмотки закрыта, цепь вторичной обмотки открыта). В заданный момент зажигания первичная цепь размыкается.

Индуцированное напряжение: любое изменение тока в индуктивности (катушке) изменяет напряжение. Вторично генерируется высокое напряжение.

Высокое напряжение: так же как и в трансформаторе вырабатываемое высокое напряжение зависит от числа витков катушки первично/вто-рично. После достижения необходимого напряжения пробоя происходит разряд катушки с образованием искры (пробой).

Искра зажигания: после поступления высокого напряжения на свечу зажигания накопленная энергия разряжается в искровой канал (цепь первичного тока открыта, вторичного-закрыта).

Время замыкания (заряда катушки)

В контактно-распределительной системе зажигания определяется продолжительность времени, в период которого контакт прерывателя замкнут.

В электронной системе зажигания предписывается продолжительность времени, в период которого первичный ток протекает. Первичная обмотка катушки подключена.

Система зажигания с контактным прерывателем

Электронная система зажигания

РАЗНОВИДНОСТИ КАТУШЕК

На практике в основном встречаются 3 вида: система зажигания с вращающимся распределителем, двухискровая катушка зажигания и одноискровая катушка зажигания.

Стандартная катушка зажигания для двигателей с вращающимся распределением высокого напряжения (ROV)

Управление током заряда через контакт прерывателя. Тут высокое напряжение генерируется центрально от одной катушки зажигания и распределителем зажигания механически распределяется на отдельные свечи зажигания. В современных системах управления двигателем этот вид распределения напряжения уже не актуален.

Двухискровая катушка зажигания (в двигателях с четным числом цилиндров)

Оба соединения высокого напряжения последовательно подключены к двум свечам зажигания, порядок зажигания которых на 360° оборота коленчатого вала смещены друг от друга. Катушка зажигания генерирует искру зажигания одновременно на две свечи зажигания: одна находится в цилиндре, в котором как раз и сжимается воздушно-топливная смесь, а вторая – в цилиндре, который в это время находится в такте выпуска. В цилиндре с высоким давлением (с тактом сжатия) возникает рабочая основная искра зажигания, в менее сжатом (с тактом продувки) – холостая искра зажигания. После 360° оборота коленчатого вала все становится наоборот. В другой паре цилиндров импульс зажигания происходит точно так же, только смещен на 180° оборота коленвала.

Благодаря последовательному включению одна из обеих свечей работает с положительным высоким напряжением пробоя, а другая – с отрицательным напряжением. Из-за разного направления напряжения электроды свечей зажигания показывают неодинаковые картины обгорания.

На каждый оборот коленвала -2 искры зажигания (основная/ рабочая искра и поддерживаю-щая/холостая искра)

1. Помехоподавляющий штекер 2. Кабели зажигания
3. Соединительный штекер 4. Двухискровая катушка зажигания 2×2

Статическое распределение высокого напряжения с двух-искровой катушкой зажигания

Одноискровая катушка зажигания в полностью электронной системе зажигания

В этом исполнении каждая свеча зажигания приписана к конкретной катушке зажигания, которая «сидит» прямо на изоляторе свечи зажигания. Конструкция делает возможным более филигранное исполнение и размеры. Одноискровые катушки зажигания устанавливаются как на четное, так и на нечетное количество цилиндров: система зажигания все равно синхронизируется сенсором распредвала.

Схема включения одноискровой катушки зажигания

Устройство одноискровой катушки

Одноискровая катушка зажигания вырабатывает в каждый такт по искре зажигания, потому необходима синхронизация с распределительным валом.

Преимущества одноискровой катушки зажигания в полностью электронной системе зажигания

Благодаря прямой передаче напряжения от катушки зажигания на свечу зажигания одноискровая катушка зажигания имеет меньшие потери напряжения и позволяет использовать самый широкий из возможных диапазонов углов опережения зажигания. Кроме того, в такой системе возможен контроль первичной и вторичной цепей системы зажигания и определение перебоев в искрообразовании.

1 Замок зажигания 2 Катушки зажигания 3. Свечи зажигания 4. Блок управления

Статическое распределение зажигания с одноискровыми катушками зажигания

Диоды в цепи высокого напряжения для подавления искры при включении. Вторичная обмотка не может быть проверена омметром.

Видео

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.

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.

Тип катушки	Сопротивление, Ом
ВАЗ 2106 (контактная система)	3,07-3,5
27.3705 (бесконтактная, М, Р)	0,45± 0,05
3122.3705 (С, З)	0,43± 0,04
8352.12 (М, Р)	0,42± 0,05
027.3705 (М, Р)	0,43± 0,04
27.3707-01 (М, Р)	0,42± 0,05
АТЕ1721 (М, Р)	0,43± 0,05
М – маслозаполненная
С – сухая
Р – разомкнутый магнитопровод
З – замкнутый магнитопровод

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

Тип катушки	Сопротивление, КОм
ВАЗ 2106 (контактная система)	5,4-9,2
27.3705 (бесконтактная, М, Р)	5±1
3122.3705 (С, З)	4,08±0,4
8352.12 (М, Р)	5±1
027.3705 (М, Р)	5±1
27.3707-01 (М, Р)	5±1
АТЕ1721 (М, Р)	5±1

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.

Подаваемая в цилиндры двигателя горючая смесь воспламеняется искрой, проскакивающей в нужный момент между электродами свечи. Столь мощный искровой разряд создается электрическим импульсом высокого напряжения. Чтобы понять, как это реализовано в автомобиле, стоит изучить конструкцию и принцип работы катушки зажигания, играющей в данном процессе главную роль.

Зачем нужна катушка?

Для своевременного и полного сжигания топливовоздушной смеси в цилиндре необходимо выдержать ряд условий:

• мощность электрического разряда порядка 20 тыс. вольт;
• подача импульса на свечу при достижении поршнем верхней точки с опережением 5° оборота коленчатого вала;
• зазор между электродами – 0,8–1,0 мм.

За выполнение первого условия отвечает именно высоковольтная катушка. Общеизвестно, что напряжение бортовой сети транспортных средств составляет 12 В, на некоторых грузовиках (например, КаМАЗ) – 24 В. Подобные характеристики не подходят для уверенного искрообразования.

Чтобы создать мощную искру, пробивающую воздушную прослойку шириной 1 мм, низкое напряжение необходимо преобразовать и создать более высокий потенциал – около 20 кВ. Для этого служит высоковольтная катушка зажигания, которая работает в составе системы следующим образом:

1. Когда поршень в одном из цилиндров приближается к верхней мертвой точке (ВМТ), завершается такт сжатия.
2. Электронный блок управления, получающий информацию от датчика положения коленчатого вала, дает команду на искрообразование, отправляя сигнал размыкающему реле.
3. В режиме ожидания катушка постоянно находится под напряжением бортовой сети – 12 В. Реле по команде контроллера размыкает данную цепь и питание обмотки прекращается.
4. В момент разрыва элемент вырабатывает высоковольтный импульс, отправляемый по изолированным проводам к электродам соответствующей свечи.

Справка. Описанный алгоритм применяется на автомобилях с прошлого века. Тогда разрыв цепи питания обеспечивал кулачковый вал распределителя зажигания, размыкающий контакты механическим способом.

Отсюда становится понятно назначение катушки зажигания – образование кратковременного высоковольтного импульса, пользуясь низким напряжением от аккумуляторной батареи. Как это происходит внутри элемента, читайте в следующем разделе.

Конструкция и принцип действия

Устройство рассматриваемого элемента системы зажигания выглядит так:

• металлический сердечник подключен к основному контакту, соединяемому с центральным электродом свечи зажигания посредством высоковольтного провода;
• вокруг сердечника выполнена вторичная обмотка, состоящая из большого числа витков тонкого медного проводника с изоляцией;
• поверх вторичной обмотки предусмотрен слой диэлектрика и небольшое количество витков толстой медной проволоки – первичная обмотка;
• сердечник с обмотками помещен внутрь герметичного пластикового корпуса, наполненного трансформаторным маслом;
• обмотки подключены по последовательной схеме, 2 соединенных конца выведены на одну внешнюю клемму, два других – на отдельные контакты.

Примечание. Характеристики обмоток – толщина провода и количество витков отличаются в зависимости от марки и модели авто. Число витков первичной обмотки редко превышает 150, вторичной – 30 тыс.

К центральной клемме катушки присоединен высоковольтный провод, идущий к распределителю зажигания либо прямо на свечу. Оставшиеся контакты подключаются к минусовой клемме аккумулятора (массе) и плюсовому проводу цепи низкого напряжения.

Принцип действия повышающей катушки основан на эффекте электромагнитной индукции – создании постоянного поля вокруг сердечника. Как искрообразование реализовано на практике:

1. К первичной обмотке после включения зажигания подводится напряжение 12 В от аккумулятора. Возникает электромагнитное поле, усиливаемое железным сердечником.
2. Когда стартер проворачивает коленчатый вал и какой-либо поршень доходит до ВМТ, электроника посредством реле разрывает низковольтную цепь питания.
3. Разрыв цепи провоцирует образование кратковременного импульса внутри второй многовитковой обмотки. В этот момент напряжение на катушке зажигания достигает 20 тыс. вольт и более.
4. Ток передается на свечу, проскакивает искровой разряд и топливная смесь поджигается. Двигатель заводится.

После запуска двигателя первая обмотка питается от генератора, а вторичная непрерывно вырабатывает новые импульсы, поочередно направляемые распределителем к свечам всех цилиндров.

Виды высоковольтных элементов

Выше представлено описание простой конструкции повышающего напряжение трансформатора, обеспечивающего разрядами все цилиндры двигателя. Куда направить каждую последующую искру, определяет трамблер, он же – главный распределитель зажигания.

В современных моторах, управляемых электроникой, трамблеры не ставятся и применяются другие разновидности катушек:

• с двумя контактами высокого напряжения;
• индивидуальные.

Первый тип внешне напоминает обычный трансформатор со стальным сердечником, собранном из Ш-образных пластин. Функциональное отличие – подача импульса одновременно на 2 клеммы, подключенные к свечам двух цилиндров. Поскольку такты сжатия в них происходят в разные моменты, устройство создает искру на электродах обеих свечей. В одной камере происходит воспламенение, в другой разряд проскакивает вхолостую.

На четырехцилиндровый силовой агрегат ставится 2 двухвыводных трансформатора, образующих так называемый модуль зажигания. На многих марках автомобилей он представляет собой единую деталь, куда подключены все провода низкого и высокого напряжения.

Справка. Существует и другая схема подключения – на каждую свечу отдельный двухвыводной трансформатор, присоединенный одним изолированным проводом.

Устройство катушки зажигания индивидуального типа в корне отличается от предыдущих конструкций:

• первичная и вторичная обмотка поменялись местами – вторая находится сверху;
• габариты устройства существенно уменьшились;
• мини-катушка устанавливается прямо на центральный контакт свечи;
• высоковольтные провода отсутствуют.

Количество индивидуальных трансформаторов зависит от числа цилиндров силового агрегата – на каждую свечу ставится отдельная катушка. Преимущество данного устройства – отсутствие потерь и пробоев на участке от источника импульсов до свечных электродов, то бишь, – на бронепроводе. Второе достоинство – снижение стоимости ремонта: заменить один малый трансформатор дешевле и проще, чем весь модуль зажигания.

Принцип работы индивидуальных элементов остается неизменным – разрыв низковольтной цепи создает в многовитковой обмотке скачок напряжения, сразу передаваемый на электроды свечи зажигания. Для защиты от перегрузок в цепь включен полупроводниковый диод.

О неисправностях и способах устранения

Модули зажигания можно смело отнести к деталям длительного использования. При правильной эксплуатации минимальный ресурс элемента составляет 100 тыс. км пробега машины. Нередко повышающий трансформатор работает в течение всего срока службы транспортного средства.

В процессе эксплуатации катушки необходимо помнить о следующих моментах:

1. Причиной преждевременной поломки элемента часто становится длительный перегрев.
2. С годами свойства изоляционных материалов внутри обмоток ухудшаются. Повышается вероятность межвиткового замыкания, ведущего к перегреву и перегоранию проводников.
3. В силу особенностей конструкции высоковольтная катушка не подлежит ремонту и восстановлению. Некоторые модели можно разобрать и попытаться устранить обрыв или замыкание, но практика показывает, что надежнее и дешевле поставить новую запчасть.
4. Для нормальной работы элемента и стабильного искрообразования нужно обеспечить минимальное напряжение бортовой сети 11,5 вольт. Если из-за неисправности генератора либо разрядки аккумуляторной батареи вольтаж не достигает нормы, износ трансформатора ускоряется.
5. По той же причине уменьшается мощность искрового разряда на электродах свечей, рабочая смесь воспламеняется и сгорает хуже.
6. Пробой изоляции или обрыв высоковольтных проводов, вызывающий искрение на кузов машины, сокращает срок службы катушки. Если игнорировать неполадку в течение длительного времени, она придет в негодность.
7. Мини-катушки индивидуального типа иногда выходят из строя из-за вибрации силового агрегата. Причина – внутренний обрыв проводников.

За модулем зажигания необходимо следить, чтобы из-за неисправностей двигателя на корпус устройства не попадало горячее масло либо охлаждающая жидкость. Не держите долго включенное зажигание – при этом греется обмотка катушки и разряжается аккумулятор.