Катушка зажигания автомобиля

Во всех автомобилях с ДВС задачу воспламенения топливной смеси внутри цилиндра решает специальное устройство — свеча зажигания, которая в строго определенные моменты времени должна формировать на своих электродах мощный искровой разряд. От качества и стабильности образования искры зависит работоспособность силовой установки автомобиля в целом. А частота образования искры, с учетом максимальных оборотов двигателей, может достигать нескольких тысяч срабатываний в минуту.

Каждое срабатывание требует наличия в системе высокого напряжения номиналом в несколько десятков киловольт, тогда как существующие автомобильные аккумуляторные батареи (АКБ) способны выдавать стандартные значения 12 или 24 вольт (для тяжелых грузовиков и спецтехники).

Таким образом, в цепи от АКБ до свечи должен присутствовать достаточно компактный трансформатор, преобразующий низкое напряжение постоянного источника в высоковольтные импульсы требуемого номинала. В любом автомобиле таким трансформатором является катушка зажигания (КЗ).

Среди автолюбителей широко распространено и другое, простонародное, название этой детали – «бобина».

Устройство катушки зажигания

Рассмотрим, как устроена классическая катушка (или общего типа).

Основу конструкции составляют две обмотки: низковольтная (другое название — первичная) и высоковольтная (или вторичная). Для первичной обмотки используется изолированная медная проволока с диаметром сердечника 0,5-0,8 мм. Количество витков не превышает 300. Поверхностная изоляция защищает обмотку от перепадов входного напряжения и от возможности короткого замыкания. Выводы обмотки заведены на клеммы, расположенные на защитной крышке. К ним подсоединяются провода бортовой сети 12 В от внешнего источника.

Внутри первичной находится высоковольтная обмотка. Для её изготовления используется более тонкая проволока (диаметр сечения не выше 0,1 мм), но зато число витков может достигать 50 тысяч. «Минусовые» выводы обмоток соединены, а «положительный» вывод второй обмотки выведен на высоковольтный наконечник КЗ, откуда и подается импульс высокого напряжения.

В конструкции КЗ присутствуют и другие важные компоненты:

• корпус устройства, предохраняющий от повреждения внутренние детали катушки;
• защитная крышка, соединенная с корпусом герметичным неразборным соединением;
• железный сердечник, способствующий повышению выходного напряжения и «успокаивающий» вихревые токи;
• наружный магнитопровод;
• каркас высоковольтной обмотки;
• изоляторные элементы;
• клеммные контакты для подключения внешнего источника;
• контактный винт;
• клемма центрального наконечника с контактной пружиной для снятия высокого напряжения;
• крепежная скоба устройства.

Устройство катушек разных видов

Для эффективного охлаждения устройства в процессе его работы внутренняя полость некоторых моделей перед соединением защитной крышки с корпусом при производстве изделия заполняется специальным маслом.

Для решения задачи поддержания стабильного уровня напряжения на входе катушки некоторые модели могут дополнительно оснащаться «навесными» резисторами.

Принцип работы катушки зажигания

Алгоритм работы достаточно прост: на витки первичной обмотки устройства подается постоянное напряжение от внешнего источника, которое вызывает образование магнитного поля. Это поле воздействует также и на вторую обмотку, где в результате встречной индукции формируется импульс высокого напряжения.

Значение индукции магнитного поля на выходе равняется произведению значения индукции первичной обмотки на количество витков высоковольтной обмотки. За счет этого лавинообразного роста индукции во вторичном контуре мы и получаем такой мощный импульс на выходе КЗ.

Типы катушек зажигания

Все существующие на сегодня автомобильные катушки по конструктивным особенностям можно разделить на четыре группы:

• Классические (общего типа);
• Двухвыводные (сдвоенные);
• Комбинированные (модули зажигания);
• Индивидуальные.

Пример различных типов катушек

КЗ общего типа подразделяются на «сухие» и маслонаполненные. «Сухие» появились позже маслонаполненных и постепенно вытеснили их с рынка за счет меньшей стоимости материалов и простоты изготовления. Конструктивно две разновидности классической катушки практически не отличаются друг от друга. В «сухом» изделии отсутствует металлический корпус, а функции защиты от механических повреждений и теплоотвода выполняет толстый слой эпоксидного компаунда, покрывающий всю поверхность устройства.

Основная особенность работы общей катушки заключается в необходимости наличия в цепи зажигания управляющего и распределительного механизма – трамблера, который отвечает за коммутацию низкого напряжения на вход катушки и «раздачу» высокого напряжения по свечам. Именно этот механический коммутатор управляет возникновением искры, а также синхронизирует этот процесс с тактами работы ДВС.

Катушки зажигания сдвоенного типа по своему внутреннему конструктиву аналогичны классическим. Основное отличие заключается в том, что изделие имеет два высоковольтных вывода. Таким образом, каждый сформированный устройством высоковольтный импульс поступает одновременно на две свечи. Но так как алгоритм функционирования двигателя подразумевает максимальное сжатия топливной смеси (время поджига) одномоментно только в одном рабочем цилиндре, то образующийся искровой разряд на свече другого цилиндра «пропадает» впустую. Этот процесс называют также «холостой искрой». Однако на следующем такте работы силовой установки два вывода катушки меняются местами: первый осуществляет «холостой» выстрел, зато второй отрабатывает свой хлеб на все сто.

Сдвоенная катушка зажигания

Двухвыводные катушки имеют два главных преимущества перед классическими:

1. При объединении двух изделий в одном блоке на 4-цилиндровом моторе (трех изделий на 6-цилиндровом и т.д.) распределитель высокого напряжения в цепи зажигания автомобиля становится ненужным, что влечет за собой повышение надежности системы в целом.
2. Такую катушку можно подключать к свечам зажигания разными способами: первый – подавать высоковольтные импульсы на свечи по двум проводам высокого напряжения, второй – использовать для одной свечи наконечник, для второй — провод. Это позволяет конструкторам повысить вариативность размещения и подключения КЗ.

Катушками комбинированного типа оснащать авто начали после широкого распространения инжекторных ДВС.

Сначала модули зажигания представляли собой единый блок, состоящий только из отдельных катушек (по числу использующихся в ДВС цилиндров) и специальных наконечников, закрепленных на выводах КЗ. С помощью этих наконечников вся конструкция надевалась на свечи, вкрученные в колодцы головки блока цилиндров (ГБЦ). Такой модуль зажигания позволял отказаться от высоковольтной части трамблера. А функцию низковольтного коммутатора в первых модулях выполнял блок управления ДВС, который для этой цели оснащался необходимым количеством транзисторов.

Позже транзисторные ключи коммутации низковольтного напряжения также перекочевали из дорогого и сложного блока управления в корпус модуля КЗ, который стал независимо выполнять все функции.

Индивидуальные катушки являются сегодня наиболее востребованными устройствами. Выбранная производителем архитектура сердечника позволяет разделить эти изделия еще на две дополнительных группы: компактные и стержневые. Индивидуальные получили свое название в силу того, что каждая работает только на одну свечу.

Алгоритм функционирования индивидуальной катушки полностью соответствует алгоритму работы КЗ других типов, но её конструктив имеет особенности. Главное отличие – зеркальное расположение двух обмоток по сравнению с конструкцией КЗ общего типа. Также индивидуальная имеет два сердечника: один внутри и один снаружи обмоток.

Высоковольтный вывод катушки подсоединён к наконечнику, состоящему из металлического стержня, упорной пружины и керамического изолятора. С помощью наконечника она надевается на свечу, вкрученную в ГБЦ.

Для предохранения вторичной обмотки КЗ от сверхвысоких нагрузок в её конструкции предусмотрено использование мощного диода, способного выдерживать постоянное воздействие значительных напряжений.

К особенностям индивидуальных можно отнести их компактность и отсутствие в изделии некоторых элементов, присущих КЗ других типов, что положительно сказывается на минимизации потерь энергии в цепи высокого напряжения.

Индивидуальные КЗ некоторых производителей дополнительно оснащаются электронными деталями для поддержки воспламенительного механизма.

Применяемость катушек зажигания

Все современные автомобильные системы зажигания используют те или иные типы катушек зажигания.

Катушки общего типа могут быть установлены на автомобили с любой системой зажигания, но при этом они требуют обязательного наличия трамблера. Тогда как сдвоенного типа применяются исключительно в электронных системах зажигания. Индивидуальные и модульные устанавливаются только на те машины, которые используют современные системы зажигания электронного типа.

Требования, предъявляемые к катушкам зажигания

Современные катушки зажигания должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Компактные размеры, небольшой вес.
2. Стабильность характеристик в течение всего срока эксплуатации устройства, надежность и долговечность изделия.
3. Продуманный дизайн, простота установки/снятия устройства.
4. Повышенная защита от неблагоприятного воздействия агрессивных внешних факторов (экстремальные температуры, влажность, загрязненность и пр.).
5. Точность изготовления и механическая прочность посадочных мест, крепежных элементов и контактов устройства.

Заключение

Несмотря на значительную эволюцию ДВС, а также различных электронных систем и узлов автомобилей, катушки зажигания с момента их первого появления на машинах и до нынешнего времени претерпели не столь значимые конструктивные изменения. Они продолжают решать свою основную задачу – трансформацию постоянного низкого напряжения в мощные высоковольтные импульсы, требуемые для стабильной и надежной работы свечей в цилиндрах двигателя.

В современных ДВС наибольшее распространение и развитие получили катушки индивидуального и модульного типов. Это связано с их эффективностью, малыми габаритами и долговечностью. Этот вывод подтверждается многолетним опытом эксплуатации данных типов на большинстве моделей автомобилей ведущих производителей мира.