Каковы принципы работы катушки зажигания? Основные технические характеристики устройства

Катушка считается основной деталью системы зажигания, при ее неработоспособности пуск мотора машины невозможен. Это связано с тем, что принцип работы катушки зажигания позволяет произвести появление искры, необходимой для запуска силового агрегата.

Назначение катушки зажигания в автомобиле

Такое устройство предназначено для накапливания энергии и выработки напряжения. Оно требуется для появления разряда, подающегося на электрод свечки. Наличие искры способствует эффективному запуску силового агрегата. Основная опция устройства основана на работе закона индукции. Ток, поставляемый АКБ, в нужный момент зажигания перестает подаваться на устройство.

Конструктивные особенности КЗ

КЗ для машины устроена следующим образом:

  1. Изоляторный элемент. Применяется в качестве изоляционной детали.
  2. Корпус устройства. В него заключены остальные компоненты КЗ. Обычно выполняется из металла, может производиться из высокопрочного пластика.
  3. Изоляционная бумага.
  4. Первичная обмотка. Независимо от типа системы, эта деталь состоит из основного проводника. Кабель должен быть заизолирован. В зависимости от модели КЗ он может насчитывать от 100 о 150 витков. Первичная обмотка оборудуется выходами, каждый из которых рассчитан на 12 вольт.
  5. Вторичная обмотка. Ее монтаж обычно выполняется снаружи устройства, а количество витков в детали может состоять от 15 до 30 тысяч. Подобные механизмы устанавливаются в модули зажигания, двухвыводные, а также сдвоенные катушки, их наличие могут включать в себя индивидуальные системы. Внутри вторичного элемента формируется напряжение, составляющее около 35 тысяч вольт, оно в дальнейшем подается на свечи. Для качественной изоляции контактных элементов в КЗ используются наконечники.
  6. Клеммный контакт первичной детали. Он может обозначаться на КЗ символом К.
  7. Контактный болт. Применяется для фиксации устройства и передачи контакта.
  8. Центральный выход, по которому передается высоковольтное напряжение. Оно подается на свечи.
  9. Защитная крышка устройства.
  10. Клеммный элемент питания. Предназначается для подключения катушки к бортовой сети.
  11. Контактная пружинка устройства.
  12. Скоба.
  13. Внешний кабель для подключения устройства.
  14. Сердечник. Конструкция элемента препятствует образованию вихревых токов.
Конструктивная схема устройства КЗ в авто

Расположение катушки зажигания в автомобиле

Чтобы узнать, где находится КЗ в конкретном автомобиле, рекомендуем обратиться к сервисному руководству по эксплуатации. Обычно устройство располагается в моторном отсеке. Его можно увидеть на крыле либо на разделительной перегородке, которая отделяет салон машины от моторного отсека. В некоторых случаях устройство может находиться непосредственно на силовом агрегате.

Принцип действия катушки зажигания

В целом принцип работы катушки зажигания можно разделить на четыре этапа:

  1. Ток подается на первичное устройство трансформаторного узла и образует в нем магнитное поле.
  2. В результате прекращения подачи тока поле образует ток высокого напряжения на вторичном устройстве.
  3. От вторичного компонента напряжение подается на основную клемму узла.
  4. С клеммного элемента напряжение поступает на распределительный узел. Оттуда оно подается на свечи, где происходит искровой разряд.

Автомобильная КЗ работает по принципу трансформаторного устройства. Сначала наматывается вторичная обмотка, она оснащена тонким проводником, а затем — первичная. Количество витков последней меньше, но проводник значительно толще. Когда происходит соединение контактных частей, величина первичного тока возрастает до наибольшего значения. Она определяется параметром напряжения АКБ, а также значением омического сопротивления первичного устройства.

Ток, нарастающий в системе, встречает сопротивление самоиндукции, которое направлено встречно на напряжение АКБ. При замыкании контактных элементов по первичному устройству проходит ток и создает магнитное поле, пересекающее в том числе и вторичную обмотку. В результате в последней образуется ток высокого напряжения. В тот момент, когда происходит размыкание контактных элементов прерывательного устройства, в обеих обмотках появляется ЭДС самоиндукции. Чем величина вторичного напряжения выше, тем быстрее пропадает магнитный поток, образованный первичным устройства.

На ферромагнитный сердечник может подаваться первичный ток, что способствует снижению энергии, которая собирается в магнитном поле. Чтобы понизить насыщение, в конструкцию может добавляться разомкнутый магнитопровод. Это дает возможность создавать КЗ, в которых величина индуктивности первичного устройства составит до 10 мГн, а параметр первичного тока — 3-4 ампера. Не допускается использование более высокой величины тока, поскольку это приведет к обгоранию контактных элементов прерывательного устройства.

Принцип работы катушки зажигания в авто подробно представлено в видеоролике канала NGKNTK EMEA.

В результате увеличения силы тока на вторичном участке электроцепи напряжение резко снижается до так называемого напряжения дуги. Последняя величина остается неизменной до момента, пока запас энергии не упадет до минимального параметра. В среднем длительность батарейного зажигания в автомобилях составляет около 1,4 мс. Как правило, этого хватает для возгорания горючей смеси. Когда напряжение дуги из системы пропадает, остаточная энергия используется для поддержки затухающих колебаний тока и напряжения.

Длительность дугового заряда зависит от:

  • значения запасенной энергии;
  • соотношения топлива и воздуха в горючей смеси;
  • частоты, с которой вращается коленчатый вал двигателя;
  • степени сжатия и т. д.

Если частота вращения коленчатого вала ДВС возрастает, то время, при котором контактные элементы прерывательного устройства остаются замкнутыми, снижается. А первичный ток за этот промежуток не успевает увеличиться до максимального значения. Это приводит к уменьшению запаса энергии, которая собирается в магнитной системе КЗ, в результате чего падает вторичная величина напряжения.

Отрицательные характеристики систем, в которых используются механические контактные элементы, проявляются при слишком низких либо высоких обротах двигателя. Если частота вращения небольшая, то между контактными компонентами прерывательного узла появляется дуговой заряд, который забирает часть энергии. При слишком высоких оборотах падает параметр вторичного напряжения, что связано с вибрацией контактов прерывательного узла. В зависимости от типа КЗ может оснащаться добавочным резисторным элементом, такие устройства работают по другому принципу.

Канал Soldering подробно рассказал о проверке такой характеристики КЗ, как сопротивление, с использованием мультиметра.

При пусковом режиме, когда напряжение от АКБ снижается, резисторное устройство замыкается посредством дополнительных контактов, расположенных на тяговом реле. Для этого могут применяться контактные элементы дополнительного реле активации стартерного устройства. Это позволяет первичному механизму выработать напряжение, составляющее 7-8 вольт. При рабочем режиме функционирования силового агрегата параметр напряжения, необходимого для питания электрооборудования, составляет 12-14 вольт.

Для намотки добавочного резисторного устройства обычно применяется никелевая либо константовая проволока. Если используется первый вариант, то сопротивление считается вариаторным, поскольку оно изменяется в соответствии с величиной проходящего тока. При работе ДВС на повышенных оборотах величина первичного тока снижается, а параметр сопротивления падает.

Требования к современным катушкам зажигания

Требования, которые предъявляются ко всем современным КЗ:

  1. Простота конструкции. Чем проще устроена КЗ, тем легче ее установить и обслужить в дальнейшем. При более простом устройстве потребитель сможет самостоятельно провести диагностику в случае появления неполадок.
  2. Небольшие габариты и масса.
  3. Высокий ресурс эксплуатации. Надежность устройства позволит обеспечить долгий срок службы.
  4. Надежная защита от воздействия влажности и повышенных температур. Важно, чтобы конструкция катушки, а также материалы, которые применялись для ее производства, были устойчивы к повышенным температурам и влаге. Это позволит обеспечить эффективную работу КЗ при изменении погодных условий и воздействии агрессивной среды, характерной для моторного отсека. Пары, которые исходят от топлива и моторной жидкости, не должны нанести вред устройству и его корпусу. Если будет поврежден корпус конструкции, это приведет к ухудшению функционирования КЗ в целом.
  5. Точность посадки устройства, а также устойчивость к появлению короткого замыкания. Конструкция КЗ должна быть выполнена так, чтобы ее размеров хватало для отвода тепла и обеспечения температурной стабильности.

Технические характеристики катушек зажигания

Основные характеристики устройств приведены в таблице.

ХарактеристикаОписание
ИндуктивностьЭтот параметр определяет способность КЗ накапливать электроэнергию и измеряется в Гн. Энергия, собирающаяся внутри первичного элемента устройства, является пропорциональной показателю индуктивности. Чем выше значение индуктивности, тем больше энергии сможет накопить механизм
Параметр трансформацииОпределяет, как сильно КЗ может увеличить величину первичного напряжения. На первичный элемент поступает 12-вольтное напряжение от АКБ, а когда цепь размыкается, ток снизится от 6-20 ампер до 0. В результате изменения тока появляется напряжение на первичной составляющей, а параметр трансформации определяет, как сильно выросла эта величина. Данное значение определяется соотношением количества витков во вторичном и первичном устройствах
Величина сопротивления КЗПервичное устройство катушки обладает сопротивлением, составляющим около 0,25-0,55 Ом, а вторичное — от 2 до 25 кОм. Величина мощности образования искры, а также ее энергии обратно пропорциональны параметру сопротивления в первичной составляющей. Чем больше это значение, тем меньше величина энергии и мощности, которая образуется при подаче искры
Энергия искрыДанный параметр составляет около 0,1 джоуля и расходуется на протяжении 1,2 мс. В самой свече энергия появляется в результате образования дугового заряда при появлении пробоя между электродными элементами. Значение напряжения на деталях определяется диаметром свечи, а также зазора между электродными компонентами и материала, из которого он изготовлен. Также на эту величину влияет температура и давление в камерах сгорания ДВС, состав горючей смеси. Для эффективной работы свечей величина напряжения, образующегося в КЗ, будет в полтора раза больше напряжения, необходимого для обеспечения пробоя
Параметр напряжения пробояСам пробой образуется между электродными компонентами свечи, если величина напряжения на них и пробое соответствует друг другу. Рабочий параметр определяется зазором между электродами, параметром давления в камерах сгорания, а также температурой горючего состава. При пуске ДВС на холодную данная величина должна быть больше, это позволит появиться пробою и появлению искрового разряда. Это важно, поскольку горючее, а также воздух в двигателе еще холодные
Число искр, появляющихся в минутуДля расчета количества искр за одну минуту надо знать показатель оборотов коленчатого вала, а также число цилиндров в ДВС. Значение искр можно вычислить путем разделения количества оборотов, умноженных на число цилиндров. А полученный показатель поделить на число тактов мотора

Виды катушек зажигания автомобиля

Существует несколько разновидностей КЗ, использующихся в автомобилях. Каждый тип имеет свою схему и особенности.

Общая катушка зажигания

Такой тип устройств применяется в системах с распределительным устройством либо без него. Эта разновидность катушек является самой простой по устройству и наиболее распространенной.

Ранее общие катушки зажигания повсеместно устанавливались на все авто.

Схема общей катушки зажигания

Схема подключения общей автомобильной КЗ

Особенности общей катушки

Особенности, характерные для общего типа устройств:

  1. Максимальная величина рабочего вторичного напряжения варьируется в диапазоне от 18 до 20 кВ.
  2. Сердечник устройства выполняется из пластин, изготовленных из электротехнической стали. Толщина каждой из них составляет от 0,35 до 0,5 мм. Все пластины изолированы относительно друг друга, в качестве изоляционного слоя используется лак либо окалина.
  3. На сердечник устройства монтируется изоляционная трубка, сверху которой устанавливается вторичный элемент.
  4. Корпус устройства изготовляется из листовой стали либо алюминия. Внутри него по стенке располагается магнитопровод. Последний сделан в виде свертка широкой ленты из электротехнической стали.
  5. Величина скорости, при которой в общей КЗ нарастает вторичное напряжение, составляет от 200 до 250 В/мкс.
  6. Общая продолжительность фаз, при которых происходит разряд искры — до полутора секунд.
  7. Рабочее значение энергии, при которой происходит разряд искры, составляет от 15 до 20 мДж.

Индивидуальная катушка зажигания

Индивидуальный тип устройств появился позже. Такие катушки применяются в системах электронного зажигания и считаются более надежными.

Схема индивидуальной катушки зажигания

Схема конструкции и подключения индивидуальной КЗ

Особенности индивидуальной катушки

Особенности, характерные для устройств индивидуального типа:

  1. Такие КЗ также оснащаются двумя обмотками — первичной и вторичной. Но в них первичный элемент устанавливается внутри вторичного.
  2. Один сердечник монтируется внутри первичного устройства, а второй — вокруг вторичного.
  3. Сама КЗ монтируется на свечу. Благодаря этому передача высоковольтного сигнала производится без потери энергии.
  4. Устройства индивидуального типа могут включать в себя электронные элементы воспламенительного механизма.
  5. Подача высоковольтного сигнала, который образуется во вторичном устройстве, осуществляется непосредственно на свечку. Передача производится благодаря наличию наконечника, который состоит из пружинного элемента, высоковольтного стержня, а также изоляционного слоя.
  6. Основной особенностью данного типа КЗ является наличие диода. Он используется для оперативного отсекания высоковольтного тока на вторичном устройстве.

Сдвоенная катушка зажигания

Сдвоенный вариант КЗ — усовершенствованная версия общего типа устройства. Используется во многих электронных системах зажигания.

Схема сдвоенной катушки зажигания

Схема устройства КЗ сдвоенного типа

Особенности сдвоенной катушки

Особенности, характерные для сдвоенного типа устройств:

  1. Такой тип оборудования оснащается двумя высоковольтными контактами. Каждый из них предназначен для синхронного образования искры на свечах, установленных на двух цилиндрах. Причем только один из них будет располагаться в конце такта сжатия. На втором цилиндре искра будет проходить вхолостую.
  2. Подключение к свечкам может быть выполнено двумя методами. Либо посредством высоковольтных кабелей, либо одна из них соединяется напрямую с помощью наконечника, а вторая — с помощью кабеля.
  3. По конструкции сдвоенные устройства устанавливаются в одном блоке по две штуки. Тогда КЗ будет считаться четырехвыводной.
  4. В конструкции устройства может не использоваться распределительный узел, но тогда подача искры будет осуществляться на два цилиндра ДВС.

Рекомендации по эксплуатации катушек зажигания

Длительность срока службы катушек зажигания в первую очередь зависит от правильности их использования.

Поэтому автовладельцу надо знать о техническом обслуживании и нюансах эксплуатации устройств. Разумеется, дешевые и низкокачественные КЗ не могут похвастаться высоким ресурсом эксплуатации.

Правила технического обслуживания катушек

Правила обслуживания устройств:

  1. Нельзя оставлять машину на долгое время с активированным зажиганием, если силовой агрегат не заведен. При включенном зажигании не только быстрее разряжается аккумулятор, но и падает ресурс эксплуатации КЗ.
  2. Периодически катушка нуждается в техническом обслуживании. Устройство надо очищать от пыли и загрязнений. Требуется диагностика качества фиксации высоковольтных кабелей. Они должны быть надежно зафиксированы как на свечах, так и на самой катушке. При проверке надо убедиться, что на корпус устройства и внутрь не попадает вода, в противном случае возможен скорый выход из строя КЗ.
  3. Не допускается отключение «высоковольтника» от устройства голыми руками, когда выполняется техобслуживание системы. Нельзя этого делать и при активированном зажигании.
  4. Неполадки в работе КЗ можно выявить посредством визуальной диагностики или проверить устройство на наличие искры. Визуальная проверка позволит определить трещины и прочие дефекты на корпусе устройства. О проблемах в работе КЗ сообщат электрические прожиги, которые имеются на крышке рядом с разъемом для «высоковольтника».

Неисправности КЗ

Неполадки, которые могут произойти при длительной эксплуатации или неправильном использовании:

  1. При долгом использовании есть вероятность появления замыкания в обмотках устройства. Если это произойдет, то трансформаторный узел будет перегреваться и не сможет выполнять свои функции.
  2. Длительное использование КЗ при температуре более 150 градусов станет причиной выхода из строя устройства.
  3. Поломка устройства может произойти при некорректной работе АКБ. Если батарея не в состоянии выдать необходимое напряжение, то катушка будет функционировать неправильно. Важно, чтобы АКБ могла выдавать как минимум 11,5 вольт напряжения.
  4. Нарушения в работе устройства могут быть спровоцированы повреждением высоковольтного кабеля.
  5. Повреждение изоляционного слоя внутри механизма приведет к тому, что устройство не сможет генерировать необходимое напряжение. Подобные проблемы обычно проявляются в результате попадания жидкости или смазочного вещества внутрь через поврежденный уплотнитель. Это приводит к увеличению величины сопротивления.
  6. Индивидуальные катушки особенно чувствительны к повышенным вибрациям, которые издает ГБЦ. Это приводит к быстрой поломке устройств.

Фотогалерея

Фото разных типов устройств представлены в этом разделе.

Видео «Самостоятельная диагностика работы КЗ»

Канал MotoDalnoBoy рассказал о причинах неисправностей, а также показал способы проверки катушки с использованием тестера.

Голосование

Приходилось ли вам менять или ремонтировать катушку зажигания?

Загрузка ... Загрузка ...

Комментарии и отзывы