Катушки зажигания в автомобильном двигателе

Катушка зажигания в автомобиле — небольшой электротрансформатор, преобразующий 12 В бортовой сети в более высокое напряжение.

Задача состоит в создании искры между электродами свечи и воспламенение горючего для обеспечения работы двигателя. Ниже рассмотрим, для чего нужен этот узел, как он работает. Разберемся с характеристиками, типами и основными неисправностями.

Назначение и принцип работы катушки зажигания

Задача катушки зажигания — создать условия, обеспечивающие появление искры между электродами свечей зажигания. Для этого должна быть выполнено три требования:

1. напряжение на выводах — 20 000 В;
2. передача импульса при достижении ВМТ с 2-градусным опережением коленвала;
3. сохранение зазора между электродами на уровне 0.8-1 мм.

Важно

Напряжение бортовой сети в легковых машинах — 12 В, а в большинстве грузовиков — 24 В. Этого напряжения недостаточно для пробивания между электродами и создания искры. Для создания необходимых условий и пробития 1-миллиметрового воздушного пространства требуется не меньше 20 000 В. 

Принцип действия:

• Водитель включает зажигание.
• К катушке подходит 12 В, что вызывает электромагнитное поле. Последнее усиливается металлическим сердечником.
• Коленвал и определенный поршень доходит до ВМТ. 
• Завершение такта сжатия. 
• Передача информации ЭБУ от ДПКВ на образование искры.
• Отправление сигнала размыкающему реле.
• Размыкание цепи после соответствующего сигнала контроллера.
• Прекращение питания обмотки реле.
• Выработка импульса высокого напряжения и его отправка по проводам к необходимой свече.

Иными словами, катушка зажигания совместно с контролирующем реле и ЭБУ обеспечивают создание высокого напряжения, появление искры на свечах и работу двигателя.

Для создания дугового разряда необходимо создание определенного потенциала. Его размер зависит от материала, диаметра свечи, состав горючего, температуры, созданного давления и иных параметров. Для эффективной работы свечи созданное катушкой напряжение должно быть в 1.5 раза больше, чем напряжение пробоя.

Рабочие характеристики

У магнитной катушки зажигания в автомобильном двигателе предусмотрено несколько параметров, которым стоит уделить внимание:

• Индукционность, Гн. Показывает способность катушки копить энергию. Последняя накапливается во внешней обмотке и пропорциональна индуктивности. Чем выше этот показатель, тем лучше работает устройство.
• Сопротивление. Обязательная работа — проверка параметра сопротивления в первичной / вторичной обмотке. Он составляет 0.25-0.55 Ом или от 2 до 25 кОм соответственно. Мощность выходящей искры напрямую зависит от сопротивления. Чем оно больше, тем меньше энергия и мощность пробоя.
• Коэффициент трансформации. По этому параметру можно видеть кратность увеличения напряжения. В грузовиках, как правило, на катушку зажигания приходит 24 В. После разрыва цепи ток падает с 6-20 А до нуля. Корректировка тока в катушке приводит к возникновению ЭДС индукции и появлению напряжения в первичной цепи на уровне 400 В. Рассматриваемый параметр показывает кратность увеличения этого, а не бортовых 12 или 24 В. 
• Напряжение пробоя. В момент появления максимального потенциала между электродами свечи появляется искра. Значение напряжения пробоя зависит от расстояния между контактами, между которыми происходит искрение. При первом пуске мотора уровень напряжения должен быть больше для пробоя и появления искры. Причиной является холодное горючее и воздух внутри камеры.
• Количество искр в минуту. Этот параметр показывает, сколько пробоев происходит между электродами в течение 60 секунд. Для расчета необходимо количество оборотов в минуту умножить на число цилиндров и поделить на два. К примеру, для 4-цилиндрового мотора при скорости вращения 6000 об/мин количество искр в минуту составит 12 000. 
• Энергия искры. Для воспламенения искрового промежутка необходима энергия, которая тратится в течение 1.2 мс. Этого периода достаточно для сжигания подготовленной горючей смеси. Оптимальный параметр энергии искры составляет от 0.05 до 0.1 Джоуля. 

Указанные выше параметры необходимо знать и учитывать при намерении купить катушку зажигания для своего автомобиля. Дополнительные требования можно найти в инструкции по эксплуатации производителя катушки. 

Типы катушек зажигания

Конструктивно такие устройства состоят из металлического сердечника, соединенного с электродом свечей зажигания, и вторичной обметки с большим количеством медных проводов. 

Несмотря на ряд общих черт, на автомобилях могут устанавливаться разные виды катушек зажигания. Они могут отличаться конструктивно, по принципу действия, характеристикам и эффективности. Рассмотрим каждый из вариантов подробнее.

Катушки классической конструкции

Простейшая версия устройств, имеющих две обмотки с разным количеством витков. У первичной обмотки их 150, а у вторичной — 30 000. Каждая из них изолирована, что защищает от появления КЗ в системе.

Устройство имеет вид стакана, на крышку которого выведена контактная группа первичной обмотки. Вторичная находится во внутренней части и соединяется одним краем с низковольтной частью. Другой край также выходит на крышку и используется для соединения цепочки, объединяющей свечу и трансформатор.

Сердечник с двумя обмотками находится внутри кожуха и заполняется маслом. Обмотки объединены последовательно, а два края выводятся на внешнюю клемму.Сверху имеется диэлектрический слой с минимальным числом витков из толстой проволоки.

Конструкция простая, но почти не используется при изготовлении автомобилей. Причина в низкой эффективности и частых поломках. Классические катушки зажигания встречаются в старых авто, поэтому нужно знать особенности обслуживания и ремонта.

Индивидуальные катушки

Такие модели устанавливаются в электронных системах, обеспечивающих прямое зажигание. В состав узла также входит две обмотки. Разница в том, что первичная размещена внутри, а не снаружи. Также в индивидуальных катушках имеется два сердечника. Первый (внутренний) стоит в первичной, а наружный — во вторичной обмотке. Дополнительным элементом являются электронные воспламенители.

Большое напряжение, которое появляется во вторичной обмотке, передается напрямую к свечам зажигания с применением наконечника. Последний включает в себя высоковольтный стержень, пружинку и изолятор. Для быстрого «отрезания» тока на вторичной обмотке установлен диод.

Двухвыводные катушки зажигания

Особенность таких катушек зажигания двигателя— сдвоенная конструкция, предусматривающая наличие двух выводов. Такие устройства используются во многих современных авто электронным зажиганием. Особенность 2-выводных модификаций состоит в образовании искры в 2-х цилиндрах сразу. Один находится в нужной точке ВМТ, а во втором пробой происходит без воспламенения на выпускном такте.

Объединение со свечами может быть 2-х видов:

1. с применением высоковольтных проводов;
2. параллельно — через наконечник или с помощью высоковольтного провода.

2-выводные катушки могут объединяться в общий блок, получающий название 4-выводоного.

Сухие и маслозаполненные катушки

Конструктивно катушки зажигания бывают трех видов:

1. Маслонаполненные. Внутри таких устройств используется трансформаторного масло. Его задачей является отвод тепла и защита от перегрева. Кожух такого материала имеет металлическую конструкцию, что не всегда логично.
2. Сухие. Во многих современных машинах устанавливаются катушки, в которых нет масла. Такие устройства не имеют кожуха, а верхняя часть покрывается слоем компаунда. Последний имеет эпоксидную структуру, обеспечивающую защиту от влаги и оптимальное охлаждение.
3. Комбинированные. В некоторых авто встречаются универсальные катушки зажигания, где комбинируется масляный и сухой принцип.

Характерные неисправности

Во время эксплуатации автомобиля на катушку действует много негативных факторов. К таковым можно отнести КЗ между обмотками, перегрев, работу в условиях вибраций или недостаточное напряжение от аккумулятора. Эти и другие факторы могут привести к следующим неисправностям:

• Повреждение корпуса. Может быть обусловлено механическими воздействиями.
• Ошибки распиновки при замене и обслуживании катушки зажигания.
• Перегрев устройства. Часто возникает из-за короткого замыкания в системе. Проблема проявляет себя появлением подергивания на 60-70 км/час и неустойчивой работой силового агрегата.
• Повреждение первичной / вторичной обмотки. Результатом может быть короткое замыкание, о котором упоминалось выше.
• Отсутствие импульса, из-за которого на свечах не появляется искра. В результате мотор не запускается.

Сбои в работе катушки зажигания могут проявить себя следующим образом:

• зажигание индикатора, свидетельствующего по появлении ошибки двигателя;
• остановка мотора из-за отсутствия тока к свечам, невозможность запуска;
• увеличение потребления топлива и снижение эффективности мотора;
• «простреливание» в выхлопной системе;
• остановка ДВС и прекращение подачи тока на свечи зажигания;
• пропуски в работе свечей, что чаще всего проявляется при наборе скорости;
• невозможность завести двигатель и т. д.

В рассмотренных выше случаях нужно знать, как проверить катушку зажигания. Общий алгоритм действий имеет следующий вид:

• Подключение сканера к ЭБУ для считывания ошибок.
• Сравнение полученной информации с официальными данными по катушке зажигания.
• Осмотр изделия на факт механических повреждений.
• Контроль целостности проводки и разъемов.
• Изъятие свечи зажигания, проверка зазора и питающего высоковольтного провода.
• Включение зажигания и проверка напряжения, которое поступает на катушку. Оно не должно быть больше 10.5 В.
• Проверка сопротивления обмотки с помощью мультиметра. У первичной должно быть от 0.4 до 2 Ом, а у вторичной — от 5 до 20 кОм.
• Контроль свечей на факт появления искры.

В случае повреждений или отклонения заявленных параметров катушку важно заменить. Наличие нуля при проверке сопротивления обмотки свидетельствует о коротком замыкании, а параметр бесконечности — об обрыве. Если к устройству подходит много проводов, важно быть внимательным и работать по схеме, чтобы не ошибиться с подключением.

Итог

Катушка зажигания —важный элемент двигателя, преобразующий напряжение бортовой сети в потенциал, который необходим для появления искры. От правильности ее работы зависит мощность и динамика силового узла, а также возможность его пуска в целом. Автовладелец должен следить за его состоянием, а при необходимости делать проверку.