Автотехпомощь НСК54

Катушки зажигания

Назначение и принцип работы катушки зажигания

Стандартное напряжение в бортовой сети большинства автомобилей составляет 12 вольт, что недостаточно для создания мощного электрического разряда (искры) на свечах зажигания. Поэтому необходимо генерировать высокое напряжение под капотом, и для этого используется катушка зажигания. Катушка зажигания является повышающим импульсным трансформатором, который преобразует низкое напряжение (12 вольт) в высокое напряжение, достигающее 45 тысяч вольт. Этот импульс создает искру между электродами свечи, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь в цилиндре.

Внутри катушки зажигания, подобно большинству трансформаторов, присутствуют две индуктивно связанные проволочные обмотки. Первичная обмотка состоит из толстого медного провода с небольшим количеством витков (обычно 100-150). Вторичная обмотка состоит из тонкой медной проволоки, количество витков которой значительно больше - от 15 000 до 30 000. Обе обмотки располагаются вокруг многослойного металлического сердечника и изолированы друг от друга, чтобы предотвратить короткое замыкание катушки
Устройство катушки зажигания основано на принципе электромагнитной индукции. Вот как это работает:

  • На первичную обмотку катушки подаётся постоянный ток бортовой сети, создающий магнитное поле.

  • Периодически подача тока отсекается прерывателем — механически или электронно, с помощью транзистора.

  • В момент разрыва цепи магнитное поле разрушается, и во вторичной обмотке катушки индуцируется ЭДС — электродвижущая сила.

  • Из-за большой разницы в количестве витков обмоток (от 1:150 до 1:200) импульс напряжения, который возникает во вторичной обмотке катушки, в тысячи раз больше, чем изначальные 12 V в первичной обмотке.

  • Сформированный высоковольтный импульс направляется к свече зажигания — через распределитель (трамблёр) и высоковольтные провода в старых системах зажигания, или непосредственно на свечу в современных.
Может показаться, что катушка зажигания — какой-то вечный двигатель, волшебный источник энергии. Но закон сохранения работает и в ней: электрическая мощность на входе в катушку соответствует мощности на выходе, и даже немного снижается из-за потерь. Просто у исходных 12 вольт высокая сила тока (десятки ампер), а у выходящего высоковольтного импульса сила тока ничтожно мала — считанные микроамперы. Но для искрообразования нужно именно высокое напряжение, а не сила тока.

Что такое бобина? Первые катушки зажигания

Вы слышали фразу "Дело было не в бобине"? И продолжение про того, кто сидел в кабине... Современным автовладельцам уже трудно понять, о чем идет речь в этой загадочной фразе. Но эта поговорка возникла давно, в 1930-х годах, в авиации, а затем перекочевала к водителям. В ней речь идет о старой катушке зажигания. Бобина (от французского "la bobine", что означает "катушка") - это катушка зажигания, которая использовалась в большинстве бензиновых двигателей середины прошлого века.

Бобина представляла собой индукционную катушку, размещенную в герметичном стальном цилиндре-стакане, заполненном маслом для лучшего охлаждения. Это изобретение было немецким: первую индукционную катушку разработал и собрал Генрих Румкорф в 1851 году (устройство даже получило его имя - катушка Румкорфа), а Роберт Бош внедрил ее в автомобили.

Вместе с бобиной всегда использовался трамблер, который отвечал за распределение высоковольтных импульсов и коммутацию - своевременную подачу и прерывание тока к катушке с помощью встроенного механического прерывателя. Этот дуэт назывался контактной системой зажигания. Она давно устарела и не используется в современных автомобилях, но бобины все еще продаются - их выпускают для старых автомобилей
Бобина (катушка зажигания)
Бобина

Сухие катушки зажигания и «гибриды»

Маслонаполненные бобины зажигания были заменены сухими катушками зажигания, которые имеют ту же конструкцию, но без металлического корпуса и масла внутри. Верхняя часть таких катушек обычно заливается эпоксидным компаундом для защиты от влаги и грязи. Вместе с появлением сухих катушек произошел переход автопроизводителей к бесконтактной системе зажигания.

Трамблер лишился функции коммутатора и стал отвечать только за распределение высоковольтных импульсов. Отдельное устройство, называемое коммутатором, стало отвечать за подачу тока на катушку зажигания, причем уже без механического прерывателя, а с помощью датчика Холла. Сухие катушки зажигания устанавливаются под капотом отдельно, а также могут быть объединены с трамблером в одном корпусе.

Такие гибриды часто встречаются на автомобилях с моновпрыском - простейшей форме инжекторной подачи топлива с одной форсункой. Трамблеры с встроенной катушкой зажигания можно найти на старых двигателях Toyota (например, 3S-FE, 5A-FE и других). Однако данная конструкция не является надежной, так как два теплонагруженных элемента объединены в одном корпусе. К счастью, при ремонте их все-таки можно заменить отдельно друг от друга

Модуль зажигания

Полностью отказаться от трамблёра — механического и довольно капризного узла — позволил модуль зажигания. Модуль — это несколько катушек зажигания в едином корпусе, каждая из которых генерирует высоковольтный импульс для собственной свечи. Больше не нужно распределять единый импульс между свечами, поэтому необходимость в трамблёре отпала. А чтобы импульсы совпадали с тактами двигателя, модуль зажигания (модульную катушку) оснастили коммутирующими ключами-транзисторами.
Иногда можно встретить упрощенные модули зажигания, в которых количество катушек в два раза меньше, чем количество цилиндров в двигателе. Например, у "Тойоты" такие системы зажигания назывались DIS-2 (для 4-цилиндровых двигателей) и DIS-3 (для 6-цилиндровых). В такой схеме каждая катушка модуля посылает импульс сразу на две свечи зажигания, одна из которых создает искру вхолостую, не зажигая топливную смесь (это называется "принципом холостой искры"). Это приводит к двукратному снижению ресурса свечей зажигания, поэтому для таких упрощенных модулей необходимо использовать свечи с несколькими электродами.

В современных модулях зажигания количество катушек соответствует количеству свечей зажигания, и описанных выше особенностей нет. Модуль зажигания можно считать самым надежным решением среди распространенных на автомобилях сегодняшнего дня, так как он располагается отдельно и не подвергается экстремальным температурным нагрузкам, в отличие от отдельных катушек зажигания. Однако слабым местом модульной системы зажигания являются высоковольтные провода, известные как "бронепровода", которые периодически требуют замены
Модуль зажигания
Модуль зажигания

Индивидуальные катушки зажигания

индивидуальные катушки зажигания
индивидуальные катушки зажигания
На современных двигателях наиболее распространенным решением являются индивидуальные катушки зажигания для каждого цилиндра. Они устанавливаются непосредственно в свечных колодцах и прямо соединяются со свечами, что исключает необходимость использования высоковольтных проводов. Это является неоспоримым преимуществом.

Еще одним достоинством индивидуальных катушек является возможность их отдельной замены в случае выхода из строя. Однако некоторые французские и американские автопроизводители объединяют индивидуальные катушки в один блок, такой как рампа или кассета зажигания, что не всегда ясно почему, и при поломке одной из катушек приходится менять весь дорогостоящий блок в целом. К счастью, таких инженерных решений на рынке не так много.

Однако замена индивидуальных катушек происходит значительно чаще, чем отдельного модуля зажигания. Это связано с их расположением в свечных колодцах, где очень высокая температура. Если сальник свечного колодца или прокладка клапанной крышки пропускают масло, катушка может оказаться в масляном тумане или даже в масляной ванне, что сокращает ее срок службы

Почему сгорают катушки зажигания

Удивительно, но старые масляные бобины были одними из самых надежных компонентов в системе зажигания автомобиля. Однако с развитием технологий и уменьшением размеров катушек зажигания их надежность постепенно снижалась. Современные катушки зажигания очень чувствительны к искровому зазору свечей. Если этот зазор увеличен, то требуется более высокое напряжение для пробоя искрой, что увеличивает нагрузку на катушки.

Принцип Пашена гласит, что даже небольшое увеличение искрового зазора на десятую долю миллиметра повышает необходимое напряжение для пробоя на 10%. Кроме того, электричество всегда предпочитает идти по пути наименьшего сопротивления, и пробить обмотку и корпус катушки может оказаться проще, чем большой искровой зазор.

Причины увеличения искрового зазора свечей могут быть разными. Одна из них - неправильный подбор свечей. Всегда обращайте внимание на рекомендуемый искровой зазор для вашего двигателя. Однако главной причиной является износ электродов свечи в процессе эксплуатации. У обычных никелевых свечей искровой зазор заметно увеличивается уже после 25 000 километров пробега. Свечи с электродами из иридия или платины держатся в 3-4 раза дольше, но их ресурс также имеет ограничения.

Самое неприятное в этом всем заключается в том, что свечи зажигания с изношенными электродами могут продолжать работать достаточно нормально, в то время как катушки зажигания начинают выходить из строя одна за другой
Другая причина отказа катушек зажигания — тяжёлые условия их работы, о которых уже говорилось выше. Особенно страдают индивидуальные катушки, расположенные прямо в горячих свечных колодцах, — а если ещё и двигатель перегреть… Также нужно тщательно следить за чистотой свечных колодцев: если туда начнёт проникать масло, то контакт со свечой ухудшится, наконечник катушки растрескается и случится пробой на корпус.

Как проверить катушку зажигания

Характерные признаки проблем с катушкой зажигания включают нестабильную работу двигателя, троение, пропуски зажигания, потерю мощности и включение индикатора Check Engine на приборной панели. Иногда катушка может работать нормально на холостых оборотах, но сбоить при повышении нагрузки.

Для проверки катушек зажигания рекомендуется использовать электронные средства, такие как диагностический сканер или система самодиагностики автомобиля. Обычно, при возникновении сбоев в работе катушек, в ЭБУ двигателя сохраняется ошибка, указывающая на пропуск зажигания в конкретном цилиндре. Также можно измерить сопротивление обмоток катушки зажигания с помощью мультиметра, но для сравнения необходимо знать показатели исправной катушки той же модели. Сопротивление обмоток может различаться у разных производителей, поэтому усредненные значения не имеют смысла. При измерении следует учитывать температуру катушки, так как сопротивление вторичной обмотки снижается при ее прогреве.

Наконец, существует "народный метод" диагностики катушек зажигания, который включает последовательное отключение разъемов каждой катушки и определение неисправной по изменению (или, точнее, неизменению) работы двигателя и его троению. Однако мы не рекомендуем использовать этот метод по нескольким причинам.

Во-первых, он позволяет выявить только полностью неисправную катушку. Во-вторых, троение негативно сказывается на работе современных двигателей, особенно на лямбда-зондах и каталитическом нейтрализаторе выхлопных газов. Поэтому лучше избегать подобных "диагностических" методов
проверка катушки зажигания мультиметром
Made on
Tilda