Катушка высокого напряжения автомобилей

Виды, устройство и принцип работы катушки зажигания

Главным элементом системы зажигания, то есть воспламенения топливовоздушной смеси, в двигателях внутреннего сгорания является катушка зажигания или трансформатор. С ее помощью подается высокое напряжение на свечи, что приводит к возникновению искры. Если катушка неисправна, нарушается работа всей системы зажигания, двигатель может существенно снизить свою мощность или совсем перестать работать.

Принцип работы катушки зажигания

Основной задачей катушки является преобразование низкого напряжения, подаваемого от аккумулятора автомобиля (порядка 12 вольт), в высокое (до 25-30 тысяч вольт).

Иными словами, устройство типовой катушки зажигания фактически представляет собой аналог импульсного повышающего трансформатора, работа которого осуществляется следующим образом.

Схема работы катушки зажигания в автомобиле

При повороте ключа зажигания сеть замыкается, и низкое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора. Она обладает меньшим количеством витков и выполнена из толстого провода. Прохождение тока по первичной обмотке вызывает возникновение магнитного поля, в котором накапливается энергия. При прерывании цепи первичной обмотки (например, механическим прерывателем), магнитное поле создает высокое напряжение во вторичной обмотке. Она, в свою очередь, имеет большее количество витков и выполнена из тонкого провода.

Затем высокое напряжение в виде импульса поступает к распределителю, который разделяет его и подает к электродам свечей зажигания. Между электродами образуется искра, воспламеняющая топливовоздушной смесь.

Расположение катушки зажигания зависит от ее типа и компоновки моторного отсека. В современных автомобилях для каждой свечи зажигания предусмотрена своя катушка, так называемая индивидуальная. Она надевается непосредственно на свечу и устанавливается на клапанной крышке двигателя. Общие или двухвыводные катушки обычно располагаются сбоку от верхней части мотора. Основная идея заключается в том, чтобы сократить длину высоковольтных проводов. Подробнее о типах катушек ниже.

Виды катушек зажигания

Основными параметрами катушек зажигания являются следующие характеристики:

• Индуктивность первичной обмотки – способность накапливать энергию.
• Коэффициент трансформации – во сколько раз увеличивается напряжение, подаваемое от аккумулятора.
• Сопротивление обмоток. Для каждой модели есть свой диапазон, так для обмотки низкого напряжения сопротивление может быть 3-3,5 Ом, а для обмотки высокого – 5000-9000 Ом.
• Энергия образующейся искры.
• Напряжение пробоя – величина высокого напряжения катушки, при котором на электродах свечи происходит пробой воздушного зазора и формируется искра.

Наибольшее распространение получили три вида конструкций катушек зажигания: общая, индивидуальная и двухвыводная.

Классическая конструкция катушки зажигания

Самые простые катушки имеют две медные обмотки до 150 витков в первичной и до 30000 во вторичной. Обе обмотки изолированы, что предотвращает возникновение короткого замыкания.

Корпус представляет собой стакан с крышкой, на которую выведены контакты первичной обмотки. Вторичная обмотка расположена внутри первичной и соединена одним концом с обмоткой низкого напряжения.

Второй конец также выведен на крышку бобины и предназначен для подключения цепи, соединяющей трансформатор со свечой. Внутри обмоток находится железный сердечник, увеличивающий силу формирующегося внутри магнитного поля.

Такие конструкции на сегодняшний день практически не применяются в автомобилестроении. Однако их еще можно встретить при ремонте старых авто и других транспортных средств.

Конструктивные отличия индивидуальных катушек

Этот тип используется преимущественно в электронных системах. Принцип работы индивидуальной катушки зажигания аналогичен классической. Конструктивно она также имеет обмотки высокого и низкого напряжения, но в отличие от классической схемы, первичная находится внутри вторичной. Также, вместо одного сердечника, их два – внешний и внутренний.

Индивидуальные катушки зажигания. Компактная (слева) и стержневая (справа)

Первый находится внутри первичной обмотки, а второй – вокруг вторичной. Обмотка высокого напряжения индивидуальных катушек зажигания оснащается специальным диодом. Он отсекает токи высоких напряжений.

Индивидуальные катушки разделяют на два типа, которые отличаются конструкцией сердечника: компактные и стержневые. Последние могут объединяться в модули по четыре штуки. За один цикл индивидуальная катушка формирует одну искру, что обуславливает необходимость синхронизации всех катушек относительно распредвала двигателя.

Двухвыводные катушки зажигания

Конструкция сдвоенной (двухвыводной) катушки зажигания аналогична классической схеме, но единственным отличием является наличие двух выводов от обмотки высокого напряжения. Такая конструкция позволяет формировать искру одновременно на двух свечах (на два цилиндра двигателя). В первом из них зажигание происходит в конце такта сжатия топливовоздушной смеси, а во втором – на этапе выпуска отработавших газов (вхолостую).

Двухвыводная катушка зажигания

Такие конструкции используются в двигателях с четным числом цилиндров. Они позволяют упростить систему зажигания, а также исключить из схемы распределитель. Подключаются сдвоенные трансформаторы двумя способами:

• оба контакта соединяются со свечами высоковольтной проводкой;
• один контакт соединен наконечником (напрямую со свечой), а второй – высоковольтной проводкой.

Для четырехцилиндровых двигателей могут применяться четырехвыводные катушки, которые фактически являются системой из пары двухвыводных.

Сухие и маслозаполненные катушки

В классической конструкции катушки системы зажигания внутреннее пространство заполнено трансформаторным маслом. Это необходимо для того, чтобы под действием тока ее обмотки не перегревались. Сам корпус такой бобины изготавливается из металла, что не всегда рационально.

Поэтому в большинстве современных автомобилей используется альтернативная конструкция – «сухой» трансформатор. Она не имеет корпуса, а покрыта слоем эпоксидного компаунда, который служит одновременно и корпусом, защищающим от загрязнений и влаги, и системой охлаждения.

Помимо этого, в ряде импортных автомобилей используются комбинированные модели, объединяющие контактный коммутатор и сухую катушку или же предполагающие интеграцию катушки в распределитель.

Срок службы и неисправности катушек зажигания

Теоретически современные катушки зажигания имеют срок эксплуатации 60-80 тысяч километров пробега автомобиля. Однако реальные показатели во многом зависят от условий эксплуатации. Причин возникновения неисправностей может быть множество:

• Короткое замыкание на обмотках.
• Перегрев катушки.
• Износ в результате длительной эксплуатации или повышенной вибрации.
• Превышение времени зарядки. Чаще всего это происходит когда аккумулятор автомобиля не обеспечивает нужного уровня напряжения.
• Разгерметизация основных узлов двигателя и топливной системы.
• Повреждение корпуса.

В современных автомобилях бортовой компьютер сигнализирует о неисправности катушки включением на приборной панели индикатора Check Engine. Помимо этого, признаками нарушения работы являются:

• Отклонение сопротивления обмоток трансформатора от нормативной величины. Диагностируется при помощи тестера.
• Периодический или полный отказ одного или нескольких цилиндров двигателя, что снижает его мощность.
• Ухудшение работы ДВС при холодной (морозной) погоде или при высокой влажности воздуха.
• Отказ в работе двигателя при резком нажатии на педаль газа.
• Слабый разгон автомобиля.

Из-за особенностей конструкции ремонт катушек зажигания невозможен, и при обнаружении неполадок они просто меняются на новые. Проводить диагностику состояния и их замену лучше в сервисных центрах, поскольку от точности работы этого элемента системы зажигания зависит работа двигателя и автомобиля в целом.

Источник статьи: http://techautoport.ru/dvigatel/sistema-zazhiganiya/katushka-zazhiganiya.html

Все про автомобільну котушку запалювання

В системі запалювання котушка виконує функцію джерела високовольтної напруги, що використовується для підпалу паливно-повітряної суміші в циліндрі двигуна. Можна сказати, що котушка – центральний елемент усієї системи запалювання, незалежно від її конструкції і типу.

Призначення

В бензинових двигунах паливо в циліндрі вимагає підпалювання, для чого використовуються іскрові свічки запалювання. Для створення заповітної іскорки потрібно багато енергії: близько 10-50 тис. вольт, щоб розряд на електродах свічки був досить потужним. Джерелом такої напруги і є котушка запалювання, що перетворює 12-вольтний ток від автомобільного акумулятора на високовольтний. Від стабільності роботи котушки залежить і робота двигуна: не буде іскри – не буде і руху.

Пристрій, принцип роботи

Принципова конструкція котушки запалювання однакова для всіх модифікацій, незалежно від різниці в конструкції:

• Первинна обмотка (зовнішній шар) з 250-400 витків товстого (Ø 0,8 мм) мідного дроту;
• Вторинна обмотка (внутрішній шар) з 19-25 тис. витків тонкого (Ø 0,1 мм) мідного дроту, ізольованого від первинної обмотки;
• Внутрішній металевий сердечник з шаруватої трансформаторної сталі;
• Зовнішній кільцевий сердечник (магнітопровід);
• Клеми низької напруги для струму від акумулятора (генератора) і на «масу»;
• Контактна клема високої напруги.

У всій системі запалювання котушка є проміжною ланкою між джерелом струму і свічками запалювання.

Принципова (класична) схема системи запалювання:
1. Джерело живлення. 2. Котушка запалювання.
3. Переривник. 4. Розподільник. 5. Свічки.

Принцип дії заснований на законі самоіндукції. Струм низької напруги від джерела живлення (акумулятора або генератора) надходить на первинну обмотку, в результаті чого навколо неї виникає електромагнітне поле. Потім контакт розмикається, і струм в первинній обмотці зникає. Магнітний потік зникає теж, але перед цим проходить крізь первинну і вторинну обмотки, в яких виникає електрорушійна сила (ЕРС). Показник ЕРС тим вище, чим більша кількість витків у вторинній обмотці і чим коротший час зменшення напруги в первинній (в ідеалі розмикання контакту повинно бути одномоментним). За рахунок того, що в сучасних котушках вторинна обмотка налічує 25 тис. витків і більше, на ній індукується висока напруга до 40 тис. в, яка і необхідна для системи запалювання.

Для оптимізації роботи котушки вживаються додаткові заходи: установка конденсатора паралельно переривач для зменшення іскроутворення на контактах, використання додаткового резистора для запобігання первинної обмотки від перегріву при низьких навантаженнях, ізоляція між шарами обмотки і т.д.

Види котушок і систем запалювання

Систему запалювання можна і потрібно покращувати, що і роблять сучасні автовиробники. З початком ери електронного управління автомобілі поступово позбавляються від ненадійних механічних деталей, а найновіші – і від високовольтних дротів.

Котушка з розподільником і модуль запалювання

В перших автомобілях використовувався розподільник запалювання: від котушки заряд подавався на свічку залежно від положення контактів трамблера. Таким чином використовувалася одна котушка запалювання для всіх циліндрів двигуна.

Схема загальної котушки запалювання

Наступний щабель еволюції системи запалювання – технологія «здвоєної іскри», коли одна котушка подає напругу відразу на дві свічки в тих циліндрах, в яких поршні рухаються синхронно (пари перший-четвертий і другий-третій), але на різних тактах. При цьому в одному з двох циліндрів, що знаходиться на такті компресії, іскра підпалює паливну суміш, а в другому, на такті випуску, спрацьовує «вхолосту». Така система називається DIS (Double Ignition System).

Система подвійної іскри. Здвоєні котушки з різними
варіантами підключення: DIS (зліва) і DIS-COP (праворуч)

Ця технологія дала можливість позбутися від одного з ненадійних вузлів – розподільника.

Схема здвоєної котушки запалювання

І, нарешті, найсучасніший варіант – індивідуальні котушки запалювання, що встановлюються безпосередньо на свічку. У цій системі не потрібні вже і високовольтні дроти – ще одне «слабке місце» системи, схильне до поломок. Котушки встановлюються на кожну свічку окремо або монтуються в загальній рейці.

Індивідуальні котушки окремо
і в єдиній рейці запалювання

Ця система називається COP (Coil on Plug) або «котушка на свічці».

Схема індивідуальної котушки
(без використання високовольтних дротів)

Додаткові конструктивні особливості

Всі котушки під час роботи нагріваються, і для запобігання перегріву використовується наповнювач (заливка): трансформаторна олива або епоксидна смола. Основна вимога до заливання – відсутність бульбашок повітря при нагріванні до високих температур.

Внутрішня ізоляція первинної і вторинної обмоток необхідна для запобігання короткого замикання і «пробоїв» високої напруги. Деякі виробники встановлюють ізоляційний шар (тонкий картон з просоченням) між кожним витком дроту. В результаті висока напруга, що виникає на контактах, не пробиває шари ізоляції.

Однак частіше ізолюють тільки вторинну обмотку, дотримуючись співвідношення кількості витків між первинною і вторинною як 1: 150-1: 200.

Шари обмотки в ізоляції

Системи батарейного запалювання (з однією котушкою на всі циліндри) мають технічну особливість: чим повільніше їде автомобіль (менше навантаження на двигун), тим довший той час, поки ланцюг низької напруги (джерело живлення & rarr; первинна обмотка) замкнутий, що викликає небажаний перегрів котушки. Для запобігання перегріву, і в кінцевому підсумку перегорання обмотки, використовується додатковий резистор з термоактивним опором: при нагріванні металу резистора показник його опору зростає і пропускна здатність зменшується. У системах з електронним управлінням в цій деталі вже немає необхідності, тривалість і черговість подачі струму на первинну обмотку регулюється комп’ютером.

При роботі котушки в осерді індукуються вихрові струми, що викликають нагрівання самого сердечника і всієї котушки, а також знижують потужність ЕРС в обмотці. Для зменшення вихрових струмів сердечник робиться з ізольованих один від одного шарів трансформаторної сталі (з додаванням кремнієвих лігатур для збільшення опору). На сьогоднішній день методику шаруватого сердечника використовують всі виробники.

Ознаки, причини і наслідки несправностей

Навіть найкращі суперсучасні котушки рано чи пізно виходять з ладу. Ознаки поломки можуть проявлятися по-різному, але обов’язково позначаться на роботі двигуна:

• пропуски запалювання (мотор троїть) постійно або час від часу;
• втрата потужності при розгоні;
• перехід двигуна на режим safe-mode;
• загоряється «check engine» на приладовій панелі;
• двигун не заводиться.

Це типові проблеми системи запалювання, що вимагають діагностики для точного визначення причини збою. Аналогічні симптоми можуть видавати і несправні дроти, форсунки, свічки або розподільник.

Основних причин поломки котушки запалювання дві: волога і перегрів. Навіть найміцніші матеріали «старішають» від часу і втрачають свої властивості. Це стусоється і корпусу котушки, і ізоляції обмоток. При перегрів котушки ізоляція усередині порушується і виникають пробої і коротке замикання – котушка згорає.

Потрапляння вологи на розігрітий корпус може викликати появу корозії і мікротріщин, через які відбуваються витікання струму, відчутні при торканні до металевих деталей кузова.

Іноді причиною поломки котушки стають неякісні свічки запалювання: пробій ізоляції свічки веде до перегорання котушки, а проникнення розжарених газів з камери згоряння псує наконечники. Навіть найдорожчі свічки дешевші за нові котушки, тож на них краще не економити.

Наслідком поломки котушки буде підвищена витрата бензину, нестабільна робота двигуна і вихід з ладу каталізатора.

Експлуатація та перевірка

Щоб якомога рідше міняти котушки запалювання, необхідно дотримуватися стандартних правил експлуатації: підтримувати електрообладнання автомобіля (особливо високовольтне) в чистоті, періодично перевіряти справність і підключення дротів (як високовольтних, так і низьковольтних), вчасно міняти свічки запалювання і стежити за їх станом.

Однією з проблем може бути поганий контакт між котушкою і високовольтним дротом, коли на клемах з’являються бруд і оксиди. Через це роз’єми перегріваються і клеми з ковпачками виходять з ладу.

Перевірити працездатність котушки можна за допомогою тестера: заміряти опір на обмотках, і якщо він не відповідає номінальним параметрам – котушка не працює.

Котушка має дві низьковольтних клеми (плюс і мінус від акумулятора), один високовольтний вихід (у двоіскрових котушок – два), а також може мати один (у двухіскрових – два) контакт «маси» від вторинної обмотки (на фото внизу це контакт №2).

1. Від’єднати низьковольтні і високовольтні дроти від котушки.

2. Оглянути котушку: вона повинна бути абсолютно цілою, без корозії, тріщин, патьоків масла, розплавлених ділянок, нагару.

3. Заміряти власну похибку мультиметра: встановити вимір до 200 Ом і замкнути щупи. Ідеальний апарат покаже 0,0 Ом, інші показники і є похибкою, яку потім потрібно буде віднімати з результатів вимірювань.

4. Виміряти опір первинної обмотки: тестер підключити до низьковольтних клем (1 і 3), полярність не важлива. Значення опору повинно бути 0,4-3 Ом (або інше, залежно від типу котушки). Опір нижче (що прагне до 0) – коротке замикання в обмотках, нескінченність – обрив проводу.

5. Перевірка вторинної обмотки: встановити тестер на вимірювання до 2000 кОм, один щуп на високовольтний вихід, другий щуп на клему №2 або на плюсову клему. Опір вторинної обмотки має становити 5-10 кому (можливі й інші значення залежно від технічних параметрів котушки). Так само, як і в попередньому випадку, що не 0 і не нескінченність.

6. У двухіскрових котушках для діагностики вторинної обмотки змиритися опір на здвоєних контактах: 1-4 і 2-3.

7. І, нарешті, можна перевірити котушку на пробій ізоляції: один щуп мультиметра на високовольтну клему, інший на металеву деталь корпусу котушки. Опір в цьому випадку має становити нескінченність. Спосіб не дуже надійний, але явні порушення ізоляції покаже.

Старий спосіб, яким перевірялися котушки на радянських автомобілях – оцінити утворення іскри на свічці – для сучасних систем запалювання може закінчитися серйозною поломкою: навіть абсолютно робоча котушка запалювання не витримує такого звернення і згорає . При сумнівах в якості роботи запалювання краще звернутися за професійною діагностикою: на хороших СТО є можливість протестувати всю систему високоточним обладнанням.

Котушка запалювання – пристрій, що не ремонтується, її можна тільки замінити новою. Ресурс якісної котушки становить 60-80 тис. км, але через несприятливі умов експлуатації вона може вийти з ладу швидше ніж планувалось. ​​

Про те, як вибрати нову котушку запалювання і на що звертати увагу при підборі, читайте наш «Гід покупця».

Источник статьи: http://dok.ua/stati-i-obzory/elektrika_i_osveshhenie/183/avtomobilnaya-katushka-zazhiganiya