Катушка зажигания: источник высоковольтного импульса для свечей

В любом бензиновом двигателе с искровой системой зажигания присутствует одна или несколько деталей, формирующих высоковольтные импульсы для свечей — катушки зажигания. Все о катушках зажигания, их типах, конструкции и принципе действия, а также об их верном выборе и монтаже — читайте в данной статье.

Что такое катушка зажигания?

Катушка зажигания — элемент системы зажигания бензиновых двигателей; повышающий импульсный трансформатор, обеспечивающий преобразование импульсов тока низкого напряжения в импульсы тока высокого напряжения, достаточные для образования искры (электрической дуги) в электрических свечах зажигания.

В бензиновых силовых агрегатах находят применение различные по принципу работы и конструкции системы зажигания — обычные контактные, контактно-транзисторные, бесконтактные и электронные (микропроцессорные). В контактных системах зажигания используются механические прерыватели (обычно объединенные с высоковольтными распределителями), в бесконтактных — прерыватели на основе датчиков Холла или иных устройствах, а в электронных — электронные распределительные и управляющие устройства. Однако во всех системах зажигания, независимо от их типа и схемы, применяется один и тот же элемент, объединяющий низковольтную и высоковольтную части — катушка зажигания.

Катушка зажигания выполняет одну основную функцию — формирование высоковольтного импульса (в пределах 25-35 тысяч вольт) тока, который подается на свечу зажигания. Данный импульс обеспечивает образование искры в искровом зазоре и, как следствие, к воспламенению топливно-воздушной смеси. От состояния и работы катушек зажигания зависит функционирование мотора, неисправные катушки должны без промедления заменяться. Но прежде, чем идти в магазин за новыми деталями, следует разобраться в существующих типах катушек, их устройстве и принципе работы.

Типы, конструкция и принцип работы катушек зажигания

Контактная система зажигания



Бесконтактная система зажигания

Используемые в настоящее время катушки зажигания можно разделить на несколько типов по конструкции и применяемости:

• Общие или распределительные катушки — одна катушка на весь двигатель или на один ряд цилиндров;
• Общие катушки, объединенные в модули зажигания — одна катушка на весь двигатель или на ряд цилиндров без дополнительных деталей;
• Индивидуальные катушки — по одной катушке на каждую свечу;
• Катушки с двойной искрой (сдвоенные) — по одной катушке на две свечи.

Независимо от типа, все катушки зажигания имеют принципиально одинаковую конструкцию и принцип работы. Катушка является повышающим импульсным трансформатором, состоящим из двух обмоток — низковольтной и высоковольтной. Низковольтная обмотка имеет относительно небольшое число витков (100-150), выполненных проводником большого сечения, она включена в низковольтный контур системы зажигания, также включающий в себя аккумулятор, генератор и прерыватель тока. Высоковольтная обмотка имеет значительно больше витков (до 30 тысяч) провода малого сечения, она включена в высоковольтный контур системы зажигания, в который входя свечи и дополнительные детали (распределитель и другие).

Работает катушки зажигания следующим образом. Контактным, бесконтактным или электронным прерывателем в соответствии с частотой вращения коленчатого вала формируются импульсы постоянного напряжения, которые подаются на первичную (низковольтную) обмотку катушки. Так как сила тока в импульсе не постоянна, а резко возрастает и падает, то в силу вступает закон электромагнитной индукции — именно поэтому вокруг обмотки на краткий момент создается переменное магнитное поле. Под действием переменного магнитного поля во вторичной обмотке также возникает ток, а так как в этой обмотке содержится в тысячи раз больше витков, то и напряжение в ней значительно выше. В результате протекание низковольтного импульса в первичной обмотке катушки зажигания приводит к возникновению высоковольтного импульса в ее вторичной обмотке.

Конструктивно катушки различных типов несколько отличаются. Классическим вариантом являются общие (распределительные) катушки зажигания, которые применялись на первых ДВС с искровой системой зажигания, и все еще не потеряли своей актуальности. Основу данного устройства составляют две обмотки из изолированного (эмалированного) медного провода, расположенные на общем металлическом сердечнике (магнитопроводе). Катушки заключены в цилиндрический корпус, на одном торце которого располагается крышка с клеммами. Для защиты от электрического пробоя корпус вместе с катушками может заполняться трансформаторным маслом или иным специальным электрическим составом. В средней части крышки располагается клемма высокого напряжения для подключения к распределителю, а по бокам крышки находятся клеммы для подключения первичной обмотки к прерывателю и концов первичной и вторичной обмоток к массе.

Общая катушка зажигания

Общая катушка зажигания подключается к свечам зажигания через распределитель (трамблер), который обеспечивает подачу высоковольтных импульсов на свечи того цилиндра, в котором в данный момент завершается такт сжатия и необходимо воспламенение горючей смеси. Последовательно первичной обмотке может включаться добавочное сопротивление в виде мощного резистора — это ограничивает ток в данной обмотке на низких оборотах коленвала. Наличие добавочного сопротивления предотвращает чрезмерный нагрев катушки и насыщение ее магнитопровода.

Разновидностью общей катушки является модуль зажигания, который применяется на бесконтактных системах зажигания с электронным управлением. В таком модуле объединены катушка (одна или несколько), прерыватель и распределитель (не всегда), он обеспечивает формирование и распределение высоковольтных импульсов по свечам зажигания, при этом значительно упрощает всю систему и экономит место. Модули зажигания могут быть как общими для всего двигателя или ряда цилиндров, так и раздельными — только для двух цилиндров, что делает их схожими со сдвоенными катушками.

Конструкция индивидуальной свечи зажигания

Индивидуальные катушки зажигания имеют более компактный корпус, разделенный на две части: корпус с катушкой и расположенный снизу переходник для монтажа на свечу зажигания. В верхней части устройства располагаются обмотки на общем сердечнике, здесь же находится стандартный электрический разъем для подключения первичной обмотки и массы. В нижней части детали располагается трубчатый переходник со стандартной свечной клеммой, посредством которого катушка устанавливается и подключается к свече.

Индивидуальная свеча зажигания

Как общие, так и индивидуальные катушки могут выполняться в двухискровом варианте (со сдвоенной искрой). Такие катушки имеют одну вторичную обмотку с двумя выводами, соединенными со свечами. Сдвоенные катушки зажигания объединяют в себе преимущества общих и индивидуальных: они позволяют устранить из системы зажигания высоковольтный распределитель, но не слишком увеличивать число катушек. Во время работы двигателя высоковольтные импульсы от одной катушки подаются сразу на две свечи, при этом воспламенение горючей смеси происходит только в одном цилиндре, так как во втором цилиндре в этот момент происходит другой такт.

Сегодня существуют и другие варианты катушек зажигания (в том числе выполненные в виде модулей — реек зажигания для установки на один ряд цилиндров), однако все они имеют описанное выше устройство, а их работа не отличается от работы других катушек.

Как правильно подобрать и заменить катушку зажигания

Катушка зажигания подвергается воздействию высоких напряжений, значительных механических и тепловых нагрузок, поэтому в ней довольно часто возникают различные неисправности. Наиболее часто приходится сталкиваться с обрывами обмоток и, наоборот, замыканиями их витков. Данные неисправности проявляются сложным запуском двигателя, его неравномерной работой или полным выходит из строя. Если в моторе применяется общая катушка, то при ее неисправности запуск будет полностью невозможен, а при сдвоенных или индивидуальных катушках будет нарушена работа одного или нескольких цилиндров. При появлении подозрений на неисправность катушки, можно произвести простейшую диагностику.

В первую очередь, катушку зажигания следует снять и осмотреть на предмет наличия повреждений. Затем нужно проверить сопротивление ее обмоток. Как правило, сопротивление первичной обмотки невелико — в пределах 0,4-4 Ом, а сопротивление вторичной обмотки намного выше — в пределах 5-15 кОм. Если омметр показывает значительно меньшее сопротивление, то в обмотке наблюдается замыкание витков, а если сопротивление бесконечно, то в обмотке обрыв. В любом из этих случаев катушка не подложит ремонту, а просто меняется на новую.

На замену следует брать катушку зажигания того же типа и модели (и каталожного номера), что были установлены на автомобиле ранее — только так можно гарантировать, что деталь встанет на свое место и создаст высоковольтные импульсы с необходимыми характеристиками. Замена катушки должна выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту автомобиля, обычно эта работа сводится к отключению от катушки всех проводов и ее демонтажу с последующей установкой новой детали. При этом необходимо снять клемму с аккумулятора, а в некоторых автомобилях придется убрать и некоторые мешающие детали. При верном выборе катушки и ее замене вся система зажигания будет надежно работать на всех режимах.