Это, пожалуй, единственное из электрооборудования автомобиля, которое не изменилось по принципу использования с момента зарождения батарейных систем зажигания. Усовершенствовались только способы управления. А альтернативы катушке выглядят фантастически, несбыточно и даже на слух малонадёжно, например, лазерная система зажигания. Хотя системы зажигания на пьезотрансформаторах имеют место быть, у них есть свои проблемы, и чаще используются в компактных системах зажигания.
Упомянуть надо ещё и «конденсаторные» системы зажигания, но конкуренции с «катушечными» они не выдерживают ни по стоимости, ни по надёжности (в следствии сложности конструкции).
Катушка зажигания – это электрическое устройство преобразующее низкое напряжение бортовой сети автомобиля в импульсы высокого напряжения. Эти импульсы создают искру между электродами свечи зажигания. Искра же зажигает смесь в цилиндрах двигателя.
Основная задача катушки зажигания – обеспечить ток свечи зажигания, необходимый для гарантированного воспламенения топливно-воздушной смеси.
Существующие типы катушек зажигания для разных типов двигателя (до 16 клапанов)
Современные катушки зажигания можно разделить на несколько типов:
- работающая на все свечи – общая;
- на одну свечу – индивидуальная(на четырёхцилиндровый двигатель, например – четыре катушки зажигания).
Индивидуальные катушки зажигания применяют в основном на двигателях где 16 клапанов(точнее на двигателях у которых больше чем 2 клапана на цилиндр), потому как такое применение легко позволяет корректировать угол опережения зажигания не просто за оборот, но и от свечи к свече, что служит способом форсировки или поддержки нештатной работы двигателя. Да и устанавливаются в свечные колодцы между распредвалами, что, справедливости ради, не улучшает их долговечность из-за теплового режима.
- На две свечи – двухискровая (двигатель четыре цилиндра – система из 2 х катушек зажигания). Имеет внутри встроенный коммутатор (на который возложена корректировка времён необходимых для нормальной работы катушки) или просто усилитель зажигания (который только усиливает команды от блока управления);
- двухискровые могут быть конструктивно соединены в блоки зажигания. Так цена и габариты(относительно к просто двухискровым катушкам) системы зажигания снижаются. Хотя высоковольтный провод и наконечник на каждый цилиндр и остаются, но подключение к системе управления двигателем упрощается.
Схема устройства катушек
Строго говоря, катушка зажигания – это слэнг автолюбителей. У радиолюбителей катушка – это простая индуктивность, а то что ставят в автомобилях – это трансформатор. Трансформатор, который преобразует импульсы низкого напряжения в высоковольтные импульсы.
Устройство катушки зажигания не слишком сложное. Трансформатор может быть с разомкнутым сердечником, что-то по типу катушки Румкорфа. Такие катушки называли «бобина». Просто при разборке такой катушки зажигания ничего интересного, кроме мотка очень тонкого провода (сотые доли миллиметра диаметром) на пакете металлических пластин, внутри не было. Катушка может быть и с замкнутым сердечником, именно такие распространены в последнее время.
Итак, как устроена «бобина»:
- Крышка.
- Контактное гнездо.
- Винт.
- Вывод низкого напряжения.
- Уплотнительная прокладка.
- Кольцевой магнитопровод.
- Первичная обмотка.
- Вторичная обмотка.
- Фарфоровый изолятор.
- Кожух катушки.
- Трансформаторное масло.
- Сердечник.
- Картонная прокладка.
- Контактная пружина.
Современная индивидуальная катушка зажигания состоит из следующих компонентов (на схеме):
А так выглядит схема двухискровой катушки:
- Выход высокого напряжения на первую свечу.
- Выход высокого напряжения на вторую свечу.
- Масса для заливки.
- Клеммы низкого напряжения.
- Железный сердечник.
- Первичная обмотка.
- Вторичная обмотка.
Принцип работы
Рассмотрим принцип работы устройства.
Один конец первичной обмотки подключен к цепи 15 автомобиля(+ после замка зажигания). Второй же конец идёт на коммутирующий элемент, механический контакт или транзистор. Когда контакт замкнут, нарастающий ток в первичной обмотке вызывает рост магнитного поля в сердечнике катушки.
Это и есть процесс накопления энергии. Когда контакт первичной цепи размыкается, происходит высвобождение накопленной энергии магнитного поля через вторичную обмотку в искровой зазор высоковольтной цепи системы зажигания. То есть энергия катушки зажигания или, иначе, высокое напряжение из катушки зажигания по бронепроводам вызывает искру между электродами свечи.
В принципе, схема включения катушки зажигания в электроцепи автомобиля является обратноходовым преобразователем. Почему преобразователь – понятно. А почему обратноходовый? Потому что катушка зажигания работает в тот момент, когда, собственно, перестают подавать на неё энергию. На «обратном» ходе.
Почему сделано так? Потому что накопление энергии в катушке занимает время. И время выдачи искры при других принципах включения сильно зависит от величины общего искрового промежутка в цепи искры. Т.е. угол опережения зажигания будет сильно плавать.
Обладать большой волатильностью, как сейчас модно говорить. А так как задача устройства дать искру гарантированной энергии в гарантированное время, был выбран такой принцип образования искры. Также в системах с индивидуальными катушками это уменьшает количество меди, используемой в качестве первичной обмотки, потому что можно поднять её индуктивность из-за большего возможного времени на накопление энергии.
2-искровые устройства
2-ухискровая катушка зажигания работает с одним отличием от одноискровой (общей или индивидуальной). У неё оба вывода вторичной обмотки выполнены для подключения свечей. Т.е. за один цикл работы искра проскакивает в двух свечах. А свечи соответственно выбираются в цилиндрах, в одном из которых идёт рабочий ход, а во втором начинается цикл впуска.
Использование такой схемы работы требует дополнительных конструктивных решений, что, как ни странно, повышает ресурс катушки. В данной конструкции легко обеспечить большой зазор высоковольтной обмотки от массы автомобиля, что облегчает работу диэлектрика обмоток. И легко вынести сердечник за корпус обмоток, что унифицирует катушку зажигания с другими намоточными радиоэлектронными приборами, от этого снижается цена устройства.
Цены на катушки
Ценообразование на катушки зажигания в основном зависит от их конструктивных особенностей и схемы устройства. В частности, объединение двухискровых катушек в блоки позволяет не только уменьшить конечные габариты устройства, но и снизить его стоимость.
Возможные неисправности
Неисправностей в катушке зажигания не так уж и много. Выделим два класса: неисправности, из-за которых вообще теряется искра, и неисправности, из-за которых параметры искры не позволяют нормально работать двигателю.
&t=98s
Вообще искры может не быть по следующим причинам (при прочем исправном оборудовании, т.е. первичная цепь катушки зажигания исправна):
- обрыв первичной обмотки;
- полное замыкание первичной обмотки;
- выгорание встроенной электроники (если она есть).
А вот причины потери параметров искры:
- межвитковое замыкание первичной обмотки;
- межвитковое замыкание вторичной обмотки;
- обрыв вторичной обмотки (да-да, обрыв вторичной обмотки – просто даёт дополнительный искровой промежуток в общий искровой промежуток высоковольтной цепи зажигания и какое-то время, часто довольно длительное, автомобиль может работать внешне вполне нормально);
- пробой в высоковольтной цепи катушки (энергия искры будет достаточной, но пробиваемый зазор будет недостаточен для работы свечей на тяжёлых режимах работы двигателя);
- потеря рабочих параметров встроенной электроники.
Если в первом случае искры вообще нет, то во втором случае может присутствовать «плавающая» неисправность. Т.е. неисправность проявляющаяся не систематически. Такие сложно выловить, хотя есть общий признак – ненормально высокая температура катушки зажигания.
Алгоритм замены катушки зажигания на Лада Приора
Замена одной или нескольких катушек зажигания подчиняется общим принципам. Рассмотрим на примере автомобиля марки Лада Приора:
- необходимо убедиться, что зажигание автомобиля выключено (для любого автомобиля);
- снимаем верхнюю крышку защиты двигателя (если есть, откручиваем или отщёлкиваем клипсы);
- снимаем разъём идущий от ЭБУ к индивидуальной катушке зажигания;
- откручиваем болт, удерживающий ее;
- вытаскиваем неисправный индивидуальный модуль из свечного колодца;
- вставляем исправную катушку на освободившееся место;
- закручиваем обратно болт крепления;
- прикручиваем/защёлкиваем верхнюю крышку защиты двигателя.
Замена катушки на двигателях (на автомобилях Ниссан, Шевроле, Хонда, Форд, Опель, Рено Логан или Пежо)
Процесс замены катушек, в целом, происходит по одинаковому алгоритму на автомобилях всех марок, так как принцип их установки и работы на них одинаков. Поэтому при необходимости замены устройства можно опираться на общие правила, указанные выше.
Проверка работоспособности
Проверить работоспособность катушки в системе зажигания довольно легко. Небольшая сложность возникает при проверке индивидуальных катушек зажигания и модулей. Дальше считаем, что наш электронный блок управления двигателем не диагностирует обрыв в цепи модуля (иначе придётся делать следующую процедуру одновременно со всеми катушками).
Главное — обеспечить в высоковольтной цепи катушки достаточный зазор для проверки искры. Если катушка общая, отсоединяем бронепровод из распределителя зажигания, устанавливаем в него свечу.
Свеча подготовлена следующим образом:
- берём болт или кусок металлической шпильки и прикручиваем изолентой к одному концу бруска из какого-нибудь диэлектрика, сухого дерева, куску полипропиленовой трубы от отопления или тому подобному;
- к этому болту прикручиваем провод и присоединяем его к массе автомобиля;
- к другому концу бруска прикручиваем старую свечу с отломанным боковым электродом так, чтобы зазор между центральным электродом свечи и болтом был 8-11 мм для контактной системы зажигания, 22-25 мм для электронных систем зажигания.
Затем просто крутим двигатель стартером. Искра должна быть хорошо видима, и иметь, желательно, жёлтый цвет.
Если искры не видно, но слышны щелчки – вероятно есть пробой цепи искры на массу. Если щелчков нет – вероятен как обрыв, так и неисправность коммутирующих устройств.
Для диагностики двухискровых катушек зажигания приспособление можно сделать из двух свечей с отломанными боковыми электродами, с выставленным нужным зазором. И нет необходимости соединять их с землёй, даже рекомендуется держать их подальше от массы автомобиля при испытаниях.
Также не рекомендуется проводить проверки катушки зажигания на искру вставив просто отвёртку и положив её на двигатель. Так как двигатель при заводке трясёт, существует вероятность падения приспособления и попадания высокого напряжения на электронику автомобиля, что чревато. Да и зазор искры таким способом выставить и удержать при заводке невозможно.
И ещё не маловажное условие: необходимо учесть, что при проверке индивидуальных или сдвоенных модулей требуется прервать подачу топлива к двигателю. Проще всего это сделать вытащив предохранитель бензонасоса или разъединить жгут идущий к бензонасосу.
Другие проверки требуют определённых знаний и приборов, потому их рассматривать не будем. Главная задача — увидеть наличие искры. А за остальным лучше обратиться к специалистам.