Катушка системы зажигания двигателя — элемент системы зажигания, который служит для преобразования низковольтного напряжения, поступающего от аккумуляторной батареи или генератора, в высоковольтное.
Основная функция катушки зажигания — генерация высоковольтного электрического импульса на свече зажигания.
Содержание
Устройство [ править | править код ]
Катушка зажигания представляет собой высоковольтный импульсный повышающий трансформатор (упрощённая катушка Румкорфа) системы зажигания ДВС, первичная обмотка которого имеет сравнительно небольшое количество витков толстого провода и рассчитана на импульсы низкого напряжения, например 12 вольт (6 вольт на старых автомобилях и мотоциклах), вторичная обмотка выполнена из тонкого провода с большим количеством витков, благодаря чему во вторичной обмотке создаётся высокое импульсное выходное напряжение до 25 000 — 35 000 вольт по формуле: напряжение = индукция в витке × количество витков. Высокое напряжение от катушки зажигания с помощью высоковольтного кабеля подаётся на распределитель (трамблер), от него с помощью высоковольтных кабелей напряжение распределяется по свечам зажигания. Высокое напряжение обеспечивает искру между электродами свечи, тем самым воспламеняя топливо-воздушную смесь.
Раньше катушки зажигания делали с незамкнутым магнитопроводом, в настоящее время появились трансформаторы зажигания с замкнутым магнитопроводом.
Принцип действия [ править | править код ]
Через первичную обмотку катушки зажигания протекает постоянный ток. Когда поршень подходит к верхней мёртвой точке, цепь первичной обмотки разрывается размыканием контактов прерывателя (это происходит или механическим путём, когда контакты размыкаются кулачком на валу, или с помощью электронных (транзисторных или тиристорных) ключей, в которых управляющий импульс формируется электронной схемой (контактной или бесконтактной, положение коленчатого вала определяется с помощью датчика Холла, индуктивного или иного датчика).
Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС, индуцируемая изменением силы тока в соседнем контуре, равна
E = − L 12 d I d t <displaystyle <mathcal
,учитывая мгновенное изменение силы тока (одномоментное размыкание), следовательно, большое значение производной, а также взаимную индукцию обмоток L 12 ∝ N 1 N 2 <displaystyle L_<12>propto N_<1>N_<2>>
На некоторых образцах мото- и автотехники с двухцилиндровыми двигателями (например, мотоциклы «Днепр», мотоциклы «Урал», автомобили «Ока») применяются двухискровые катушки зажигания (искра проскакивает одновременно на двух свечах). Топливо-воздушная смесь воспламеняется только в одном цилиндре, так как в другом проходит такт выпуска и воспламеняться нечему.
В последнее время получили распространение индивидуальные катушки зажигания на каждую свечу (по числу цилиндров).
Добавочное сопротивление [ править | править код ]
В ряде случаев последовательно первичной обмотке катушки зажигания включается добавочное сопротивление (или дополнительный резистор). На низких оборотах контакты прерывателя оказываются бо́льшую часть времени в замкнутом состоянии и через обмотку протекает ток, более чем достаточный для насыщения магнитопровода. Избыточный ток бесполезно нагревает катушку.
Спираль дополнительного резистора изготавливается из стального сплава, имеющего высокий температурный коэффициент электрического сопротивления. При прохождении избыточного тока сопротивление спирали увеличивается и сила тока уменьшается, таким образом происходит автоматическое регулирование. На высоких оборотах, когда контакты бо́льшую часть времени разомкнуты, нагрев резистора менее значителен (сопротивление спирали невелико). При запуске двигателя добавочное сопротивление шунтируется контактами реле стартера, тем самым повышается энергия электрической искры на свече зажигания.
Некоторые неопытные водители пытаются (бесполезно или с большим трудом) запустить пусковой рукояткой двигатель при «севшем» аккумуляторе, не зная, что нужно принудительно временно шунтировать добавочный резистор (какой-нибудь проволочкой).
Рабочие характеристики [ править | править код ]
К рабочим характеристикам катушки зажигания относят:
- Индуктивность первичной обмотки;
- Сопротивление первичной и вторичной обмотки;
- Коэффициент трансформации;
- Энергия искры;
- Напряжение пробоя;
- Количество образующихся искр в минуту.
Индуктивность [ править | править код ]
Индуктивность характеризует способность катушки накапливать энергию. Измеряется в Гн – генри, единицах измерения, названных в честь американского ученого Дж. Генри. Энергия, которая накапливается в первичной обмотке, пропорциональна индуктивности. Чем выше индуктивность, тем больше энергии может накопить катушка.
Коэффициент трансформации [ править | править код ]
Коэффициент трансформации показывает, во сколько раз катушка зажигания увеличивает первичное напряжение. На первичную катушку подается напряжение от аккумулятора в 12 В. Когда первичная цепь разрывается, ток в цепи изменяется — от 6-20 ампер, до 0. Изменение тока в катушке приводит к возникновению ЭДС индукции и образованию напряжения в первичной катушке в 300-400 В. Коэффициент трансформации катушки показывает, во сколько раз увеличивается именно это напряжение. Определяется отношением числа витков вторичной катушки к числу витков первичной катушки, или отношением пробивного напряжения свечи к разнице максимально допустимого напряжение между коллектором и эмиттером транзистора и напряжения бортовой сети питания, которые известны из производственных характеристик катушки зажигания и автомобиля.
Сопротивление [ править | править код ]
В первичной обмотке – 0,25-0,55 Ом. Во вторичной обмотке – 2-25 кОм. Мощность и энергия искры обратно пропорциональны сопротивлению первичной обмотки катушки: чем оно выше, тем ниже мощность и энергия искры.
Энергия искры [ править | править код ]
Полезная энергия искры расходуется в течение 1,2 мс [1] – время, за которое сгорает воздушно-топливная смесь. Энергия искрового разряда составляет 0,05-0,1 Дж. В свече зажигания искра образуется вследствие явления дугового разряда, когда между двумя электродами, находящимися в газе, происходит электрический пробой. Напряжение на электродах зависит от размера диаметра свечи и его материала, зазора между электродами и от состава воздушно-топливной смеси, давления в камере сгорания и температуры. Во время старта двигателя и разгона автомобиля напряжение на электродах – максимальное, так как свеча не разогрета. При постоянной скорости – напряжение минимально. Чтобы свеча работала эффективно и не давала пропусков, напряжение, генерируемое катушкой, должно быть в 1,5 больше, чем напряжение, необходимое для пробоя зазора.
Напряжение пробоя [ править | править код ]
В зазоре между электродами свечи зажигания происходит пробой, когда напряжение на электродах становится равным напряжению пробоя. Значение напряжения пробоя зависит от величины зазора между электродами, давления и температуры воздушно-топливной смеси. При первом запуске двигателя напряжение должно быть выше, чтобы произошел пробой и образовалась искра, так как топливо и воздух в камере сгорания холодные.
Расчет числа искрообразований в системе зажигания [ править | править код ]
Чтобы рассчитать, сколько раз образуется искра в минуту в системе зажигания, нужно знать число оборотов в минуту двигателя и количества цилиндров. N – столько раз образуется искра в минуту. N= (Обороты/мин*число цилиндров) / (количество тактов двигателя 2 или 4). Для 6-цилиндрового двигателя при скорости вращения в 4000 об/мин число искрообразований равно: N=6*4000/4=6 000 раз в минуту.
E200 CDI (211.004) OM 646.951
E200 CDI (211.004) OM 646.951
Автомобильная катушка зажигания представляет собой небольшое металлическое изделие, которое используется для поджигания топливной свечи в двигателях. Ресурс катушек относительно невелик, так как им приходится работать при больших напряжениях и в особо агрессивных условиях.
Для чего нужны катушки зажигания
В двигателях на бензине и газе топливная смесь должна зажигаться. Лучше всего справляются с задачей поджига электротехнические устройства вроде свечей зажигания. Однако рабочее напряжение в них достигает несколько десятков тысяч вольт. Именно здесь и нужна катушка, поскольку в ней можно превратить 12 вольт тока от аккумулятора даже в 50 тысяч вольт . При этом катушка, несмотря на свою кажущуюся простоту, серьезно страдает от внешних воздействий. По этой причине ее меняют в среднем через каждые 70 тысяч километров пробега.
Подробнее об устройстве
На использовании закона самоиндукции базируются очень многие электротехнические устройства. Пресловутая катушка зажигания состоит из следующих элементов:
- Наружный слой, она же первичная обмотка , из толстой медной проволоки диаметром 0,8 миллиметров. Количество витков: 250-400 штук;
- Внутренний слой, она же вторичная обмотка , из тонкой медной проволоки диаметром 0,1 мм. Количество витков: 19-25 тысяч штук;
- Сердечник из специальной трансформаторной стали, являющейся отличным доступным ферромагнетиком.
Также отдельно выделяют коммутирующие устройства, то есть клеммы высоких и низких напряжений. Вторые подводятся к аккумулятору и металлической части автомобиля, практически всегда раме.
Работает это так: ток от выбранного источника (в авто это генератор или аккумулятор) изначально действует в первичной обмотке, создавая электромагнитное поле. При размыкании цепи наблюдается эффект самоиндукции: во вторичной обмотке при изменении силы тока (т.е. снижении его до нуля) наводится импульс электродвижущей силы. Выражаясь ненаучно, вторичная обмотка «сопротивляется» резкому изменению силы тока в обмотке первичной. При этом величина ЭДС имеет зависимость от числа витков и плотности их намотки. В итоге из нескольких вольт можно получить десятки тысяч вольт, которые востребованы системой зажигания.
Сердечник делают слоистым – так он меньше греется. Нагретый сердечник вносит в систему излишнюю нелинейность, а счет чего нельзя достигнуть стабильно высокого значения индуктивности всей катушки. Если от сердечника избавиться, индуктивность будет слишком малой.
Дабы избежать неприятностей, катушку оборудуют добавочными сопротивлениями (позволяет избежать перегрева) и конденсаторами (смягчают скачки напряжения, препятствуя образованию искр), изолируют каждый из слоев (не дает цепи замкнуться). Отметим, что катушка отчасти компенсирует недостатки высоковольтных проводов.
Виды систем зажигания
В зависимости от того, как происходит поджигание топливной смеси, выделяют следующие системы:
- Распределительная. Одна катушка брала на себя всю работу по работе с несколькими цилиндрами. Система устаревшая и не слишком надежная, сегодня встречается только в старых автомобилях;
- «Сдвоенная искра». Высокое напряжение от одной катушке обеспечивает работу двух свечей, которые работают с синхронно двигающими поршнями. При этом энергия обеспечивает искру в одной свече, а в другой расходуется вхолостую. Различают системы DIS и несколько модернизированную DIS-COP ;
- Индивидуальная. Катушка устанавливается непосредственно на свечу зажигания. Отпадает нужда и в высоковольтных проводах. Иначе называет системой COP .
Пока что система COP не слишком распространена, однако ведущие автоконцерны отдают предпочтение именно ей: несмотря на кажущуюся сложность, конечная система зажигания включает в себя лишь несколько элементов, которые должны работать в соответствии с движением поршней в цилиндрах. С ней водители выигрывают в надежности, стоимости ремонта и, как ни странно, внешнем виде – в подкапотном пространстве больше нет провисающей проводки.
Разбираемся со временем замены
Проблемы с катушкой зажигания во многом дублируют таковые у свечей зажигания . А именно:
- Повысился расход бензина;
- Двигатель отказывается работать;
- Упала мощность;
- Выхлопные газы стали более «грязными»;
- Мотор начал «троить»;
- Появилась подозрительная вибрация агрегата;
- Стало тяжело заводиться.
При этом, как мы и писали выше, ресурс катушек может уменьшаться по целому ряду причин : попадание воды, паров масла и автохимии, перегрев. Любые катушки моментально выходят из строя из-за пробоя изоляции. Да и сами свечи могут сильно их нагружать, вследствие чего катушка перегорает. Особенно уязвимы индивидуальные системы, которые функционируют при экстремальных температурах и требуют дополнительной защиты.
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.
Продлеваем эксплуатацию катушек зажигания
Производители помещают катушки в корпуса, наполненные эпоксидной смолой, а чаще всего трансформаторным маслом. Это делается для предотвращения перегрева устройства. Так что на совести владельца авто всегда остается проверка детали на предмет механических повреждений.
Катушки зависят от качества проводки. Высоковольтные провода нужно поддерживать в чистоте. То же касается клемм, которые покрываются слоем оксида и грязи.
Не забывайте следить за свечами . Их меняют относительно редко, но случай использования одних свечей на протяжении всего цикла использования автомобиля от покупки до отправки в утиль достаточно редок – неисправные свечи нужно менять как можно скорее, иначе они «убьют» катушки.
Увы, катушки зажигания неремонтопригодные. Витки в них уложены так плотно, что в случае пробоя изоляции как-то помочь ситуации не получится. В этом случае нужно менять все устройство. То же касается случаев перегрева.
Делаем верный выбор
Правильнее всего выбирать оригинал, руководствуясь VIN-кодом автомобиля. Так как катушка зажигания находится где-то в середине цепи зажигания, она остро реагирует на любые отклонения от заданных производителем автомобиля характеристик. К примеру, если свеча требует затрат энергии больших, чем может обеспечить катушка, последняя попросту перегорит. Можно получить и другой «бонус»: если исковой зазор свечи очень велик, высокое напряжение будет пытаться найти обходной путь, то есть пробьет изоляцию.
Также вы можете пойти к дилеру и обеспечить его данными о следующем :
- Двигатель авто;
- Модель;
- Год выпуска;
- Тип автомобильного кузова.
Он подберет катушку даже в том случае, если было установлено нештатное оборудование . Или же вы можете просто снять катушку и попросить дилера подобрать такую же или идентичный ей аналог.
Экскурс по брендам
Значительное число OEM-катушек по факту производится теми фирмами, которые будут перечислены. Это не значит, что оригинал брать бессмысленно. Скорее вы выигрываете во времени, практически сразу подбирая нужную вам запчасть, устанавливая ее и возвращаясь на дорогу.
Из дорогостоящих товаров стоит обратить внимание на те, что лежат в коробках с именами следующих фирм: Valeo (Франция), Beru (Германия), Magneti Marelli (Италия). Качество катушек этих фирм очень высоко, но и цена, как говорится, кусается.
Очень популярны катушки данных фирм: Bosch (Германия), NGK (Япония), Tesla (Чехия).
Бюджетным решением могут стать катушки от чешской фирмы Profit , а также небезызвестной датской JP Group . Менять их придется чаще более дорогих устройств, но даже в этом случае их покупка будет выгодной.
Вывод
Знание о том, как правильно выбирать катушки зажигание, вам всегда будет полезно. Во-первых, это устройство выходит из строя достаточно часто. Многие автолюбители путают неисправности катушки с таковыми у свечей зажигания или высоковольтных проводов. Во-вторых, понимание специфики изготовления катушек и их работы поможет вам не только распознать подделку, но и правильно подобрать смежные узлы, как-то упомянутые свечи и провода. Как правило, катушки зажигания не стоят больших денег, однако если у вас новый автомобиль с индивидуальной системой зажигания, замена влетит в копеечку. В случае замены советуем брать катушки от Valeo, Beru (их вам обязательно порекомендуют друзья-автомобилисты) или, если финансы ограничены, изделия Profit и датского JP Group. Не забывайте также о том, что полноценную диагностику системы зажигания вам смогут разве что мастера на СТО.
Многие современные автомобили работают на газу или бензине. Поэтому важно обеспечить оптимальные условия для их возгорания.
Такую задачу внутри системы решает целый комплекс приборов и механизмов, который и контролирует все характеристики. Неотъемлемой частью этого устройства является катушка зажигания двигателя, технические характеристики которой можно узнать на специализированных сайтах.
Основные понятия
Катушка зажигания представляет собой специальное устройство, которое предназначается для поджига свечи внутри двигателя. Основной задачей системы является повышение вольтажа, что позволяет образоваться искре между рабочими органами. Катушка зажигания может превратить ток из 12 В в 50 тыс. В.
Эта конструкция состоит из нескольких основных компонентов:
- Внешний слой. Он представляет собой так называемую первичную обмотку. Изготавливают его из медной проволоки (толщина около 0,8 мм). В зависимости от модификации количество витков может варьироваться от 250 до 400 шт.
- Внутренний слой (вторичная обмотка) также формируется из медной проволоки (толщина 0,1 мм), но количество витков может достигать уже 25 тыс. шт. в зависимости от производителя.
- Сердечник. Изготавливают его из специальных видов стали, которая выступает в роли ферромагнетика.
Определяемся с моделью
Сегодня катушки зажигания выпускаются многими производителями. Подбирая эти конструкции, следует понимать, что они являются индивидуальными и подходят под конкретные автомобили.
На рынке многие катушки являются подделками. При этом большинство из них похожи на модели известных производителей. Поэтому важно перед приобретением, проверять конкретные изделия. Покупать их желательно только у проверенных продавцов.
Среди всего этого разнообразия следует выделить несколько популярных моделей катушек зажигания:
- ATS 04473. Устройство подходит к Ладе Приоре и Калине.
- BOSCH 0221504473. Катушка адаптирована под LADA Samara/110-12/Priora/Kalina.
- HUCO 138809. Предназначается для установки на FORD Mondeo III.
- CONCORD CI-8048. Более универсальная модель, которая может монтироваться на такие модели FORD, как Fiesta, Fusion, Mondeo, и Focus II.
Существует множество других модификаций катушек, которые подходят только под определенные автомобили. Поэтому перед покупкой обязательно уточните модификацию этой детали, чтобы подобрать ей соответствующую замену.
