Катушка зажигания: как работает, где находится, основные неисправности

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.

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.

Требования к современным катушкам зажигания

Требования, которые предъявляются ко всем современным КЗ:

Простота конструкции. Чем проще устроена КЗ, тем легче ее установить и обслужить в дальнейшем. При более простом устройстве потребитель сможет самостоятельно провести диагностику в случае появления неполадок.
Небольшие габариты и масса.
Высокий ресурс эксплуатации. Надежность устройства позволит обеспечить долгий срок службы.
Надежная защита от воздействия влажности и повышенных температур

Важно, чтобы конструкция катушки, а также материалы, которые применялись для ее производства, были устойчивы к повышенным температурам и влаге. Это позволит обеспечить эффективную работу КЗ при изменении погодных условий и воздействии агрессивной среды, характерной для моторного отсека

Пары, которые исходят от топлива и моторной жидкости, не должны нанести вред устройству и его корпусу. Если будет поврежден корпус конструкции, это приведет к ухудшению функционирования КЗ в целом.
Точность посадки устройства, а также устойчивость к появлению короткого замыкания. Конструкция КЗ должна быть выполнена так, чтобы ее размеров хватало для отвода тепла и обеспечения температурной стабильности.

Технические характеристики катушек зажигания

Основные характеристики устройств приведены в таблице.

Характеристика
Описание
Индуктивность
Этот параметр определяет способность КЗ накапливать электроэнергию и измеряется в Гн. Энергия, собирающаяся внутри первичного элемента устройства, является пропорциональной показателю индуктивности. Чем выше значение индуктивности, тем больше энергии сможет накопить механизм
Параметр трансформации
Определяет, как сильно КЗ может увеличить величину первичного напряжения. На первичный элемент поступает 12-вольтное напряжение от АКБ, а когда цепь размыкается, ток снизится от 6-20 ампер до 0. В результате изменения тока появляется напряжение на первичной составляющей, а параметр трансформации определяет, как сильно выросла эта величина. Данное значение определяется соотношением количества витков во вторичном и первичном устройствах
Величина сопротивления КЗ
Первичное устройство катушки обладает сопротивлением, составляющим около 0,25-0,55 Ом, а вторичное — от 2 до 25 кОм. Величина мощности образования искры, а также ее энергии обратно пропорциональны параметру сопротивления в первичной составляющей. Чем больше это значение, тем меньше величина энергии и мощности, которая образуется при подаче искры
Энергия искры
Данный параметр составляет около 0,1 джоуля и расходуется на протяжении 1,2 мс. В самой свече энергия появляется в результате образования дугового заряда при появлении пробоя между электродными элементами. Значение напряжения на деталях определяется диаметром свечи, а также зазора между электродными компонентами и материала, из которого он изготовлен. Также на эту величину влияет температура и давление в камерах сгорания ДВС, состав горючей смеси. Для эффективной работы свечей величина напряжения, образующегося в КЗ, будет в полтора раза больше напряжения, необходимого для обеспечения пробоя
Параметр напряжения пробоя
Сам пробой образуется между электродными компонентами свечи, если величина напряжения на них и пробое соответствует друг другу. Рабочий параметр определяется зазором между электродами, параметром давления в камерах сгорания, а также температурой горючего состава. При пуске ДВС на холодную данная величина должна быть больше, это позволит появиться пробою и появлению искрового разряда

Это важно, поскольку горючее, а также воздух в двигателе еще холодные
Число искр, появляющихся в минуту
Для расчета количества искр за одну минуту надо знать показатель оборотов коленчатого вала, а также число цилиндров в ДВС. Значение искр можно вычислить путем разделения количества оборотов, умноженных на число цилиндров

А полученный показатель поделить на число тактов мотора

Виды катушек зажигания

Немного выше мы рассмотрели конструкцию и принцип работы самой простой модификации КЗ. В такой компоновке системы распределение образовавшихся импульсов обеспечивает трамблер. Современные автомобили оснащаются электронными регуляторами, и вместе с ними катушки другого типа.

Современная КЗ должна соответствовать следующим критериям:

• Иметь небольшие размеры и вес;
• Должна иметь большой срок службы;
• Ее конструкция должна быть максимально простой, чтобы ее было легко устанавливать и обслуживать (когда появляется неисправность, автомобилист сможет самостоятельно ее выявить и предпринять необходимые действия);
• Быть защищенной от воздействия влаги и высокой температуры. Благодаря этому автомобиль будет продолжать эффективно работать при меняющихся погодных условиях;
• При установке непосредственно на свечи пары от мотора и другие агрессивные условия не должны портить корпус детали;
• Должна быть максимально защищенной от коротких замыканий и утечек тока;
• Ее конструкция должна обеспечивать эффективное охлаждение и одновременно удобство в монтаже.

Существуют такие разновидности катушек:

• Классические или общие;
• Индивидуальные;
• Сдвоенные или двухвыводные;
• Сухие;
• Маслозаполненные.

Независимо от типа КЗ действие у них одинаковое – они преобразуют низкое напряжение в ток высокого напряжения. Однако каждый вид имеет свои конструктивные особенности. Рассмотрим каждый из них подробней.

Классическая конструкция катушки зажигания

Такие КЗ использовались в старых автомобилях с контактным, а потом и бесконтактным зажиганием. Они имеют самую простую конструкцию – состоят из первичной и вторичной обмоток. На низковольтном элементе может насчитываться до 150 витков, а на высоковольтном – до 30 тыс. Чтобы между ними не образовывалось короткого замыкания, провода, которые используются для образования витков, изолированы.

В классическом исполнении корпус выполнен из металла в форме стакана, заглушенного с одной стороны и закрытого крышкой с другой. На крышку выведены низковольтные контакты и один контакт на магистраль высокого напряжения. Первичная обмотка расположена поверх вторичной.

В центре высоковольтного элемента расположен сердечник, который обеспечивает увеличение силы магнитного поля.

Подобный автомобильный трансформатор сейчас практически не используется из-за особенностей современных систем зажигания. Их еще можно встретить на старых автомобилях отечественного производства.

Общая КЗ имеет следующие особенности:

• Максимальное напряжение, которое она способна сгенерировать, находится в пределах 18-20 тыс.В.;
• В центре высоковольтного элемента установлен пластинчатый сердечник. Каждый элемент в нем имеет толщину 0.35-0.55мм. и изолирован при помощи лака или окалины;
• Все пластины собраны в общую трубку, вокруг которой намотана вторичная обмотка;
• Для изготовления колбы устройства используется алюминий или листовая сталь. На внутренней стенке имеются магнитопроводы, которые выполнены из электротехнического стального материала;
• Напряжение в высоковольтной цепи устройства увеличивается со скоростью 200-250 В/мкс;
• Энергия разряда составляет около 15-20 мДж.

Параметры надежности катушки зажигания

Прежде чем приобрести новую бобину попробуйте выяснить ее надежность, по отзывам владельцев. Поинтересуйтесь пробегом, который выдержало устройство, не изменилась ли приемистость двигателя и расход топлива, максимальная скорость и выхлоп CO.

Конструкция катушки должна обеспечивать:

• надежную изоляцию между обмотками и витками;
• высокое электрическое сопротивление между корпусом и массой;
• прочность корпуса, особенно пластиковых деталей;
• отсутствие микротрещин;
• надежность электрических контактов и соединений.

Качественная бобина выдерживает температуру до 180°C.

Бесконтактный датчик-прерыватель для иномарок

Владельцы иномарок могут приобрести простое приспособление от UltraSpark, Pertronix или AccuSpark, позволяющее быстро «превратить» стандартную систему зажигания в бесконтактную. В комплект поставки такого устройства входят:

• Индукционный датчик-прерыватель.
• Триггерное пластиковое кольцо с запрессованными в него неодимовыми магнитами (по количеству цилиндров двигателя).
• Инструкция по монтажу и схема подключения.

По утверждению производителей монтаж бесконтактного датчика-прерывателя (БДП) занимает не более 30 минут:

• Снимаем крышку трамблера и бегунок.
• Демонтируем контактную группу механического прерывателя и искрогасящий конденсатор.
• Устанавливаем БДП и выводим его провода через отверстие в корпусе.
• Надеваем на ось ротора триггерное кольцо.

• Возвращаем на место бегунок и крышку трамблера.
• Подсоединяем провода от установленного датчика к катушке зажигания в соответствии со схемой.

Важно! Зная модель трамблера можно подобрать бесконтактный модуль-прерыватель, практически, для любой марки транспортного средства иностранного производства. Несомненными достоинствами БДП являются:

Несомненными достоинствами БДП являются:

• Невысокая стоимость.
• Простота установки.
• Возможность использования со стоковыми трамблерами и высоковольтными катушками конкретной марки автомобиля.

Система, работающая с использованием принципа магнето

После калильной головки одной из первых систем зажигания были созданы устройства, которые работали на основе магнето. Главная идея такой установки — это генерация необходимого импульса для зажигания за счет прохождения возле неподвижной катушки небольшого магнитного поля от установленного постоянного магнита, который в свою очередь был связан с одной из вращающихся деталей мотора. Главным достоинством такой системы была максимальная простота конструкции и отсутствие необходимости устанавливать какие-либо элементы питания и батареи. Она всегда готова к работе.

В современном мире ее применяют в основном для двигателей, которые установлены на бензопилах, небольших бензиновых генераторах и другой похожей технике. Не лишена система и недостатков, главный из которых – очень высокая стоимость производства. Нужна была катушка, обладающая большим количеством витков очень тонкой проволоки. Магниты также должны быть высокого качества. Исходя из всех недостатков, от такой системы отказались, заменив на более простые и более надежные.

Что такое “угол опережение зажигания”

Опережение зажигания означает воспламенение воздушно-топливной смеси ранее, чем поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) во время такта сжатия. Это фактор оказывает большое влияние на работу двигателя. Между моментом возникновения искры и моментом, когда давление газов в цилиндре достигает апогея, проходит определенное время. Хотя данный отрезок времени крайне мал, из-за высокой частоты вращения коленвала за время поджига смеси поршень может пройти большой путь с момента искрообразования до взрыва смеси. При правильно выставленном угле опережения смесь взрывается в момент, когда поршень находится в ВМТ и готов двигаться вниз. Если воспламенение смеси происходит раньше (“раннее зажигание”), она взрывается еще на фазе подъема поршня и препятствует движению поршня (двигатель детонирует). Это приводит к преждевременному износу деталей и ухудшению характеристик двигателя. Если поджиг производится поздно (“позднее зажигание”), смесь взрывается после того, как поршень ушел из ВМТ, что приводит к догоранию топлива уже в выпускном коллекторе, снижению давления газа в цилиндре и, значит, потерям мощности и снижению экономичности. Поэтому установка зажигания на ВАЗ 2107 — важная и необходимая процедура. Искрообразование должно происходить в наиболее подходящий момент, который зависит от положения педали газа и оборотов коленвала.

КОНСТРУКЦИЯ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ

Первичная обмотка, она же низковольтная, принимает напряжение, подающееся от аккумулятора или генератора. Она состоит из витков проволоки крупного сечения, изготовленной из меди. Из-за этого количество витков данной обмотки незначительное – до 150 витков. Чтобы предупредить возможные скачки напряжения и возникновение короткого замыкания, данная проволока сверху покрыта изоляционным слоем. Концы этой обмотки выведены на крышку катушки, к ним и подсоединяется проводка с напряжением в 12 В.

Вторичная обмотка помещена внутри первичной. Она состоит из проволоки мелкого сечения, что обеспечивает большое количество витков – до 30000. Один из концов данной обмотки соединен с минусовым выводом первой обмотки. Второй вывод, являющийся положительным, подсоединен к центральному выводу катушки. От этого вывода высокое напряжение подается дальше.

Из каких элементов состоит БСЗ

БСЗ – это модернизированная трансформация КСЗ. В ней механический прерыватель заменен датчиком. Сегодня таким зажиганием оснащается большинство отечественных моделей и иномарок.

Использование БСЗ позволяет значительно увеличить мощностные показатели силовой установки

Особенно важно, что снижается топливный расход, а также выбросы СО2

Одним словом, БСЗ включает целый ряд компонентов, среди которых особое место занимает выключатель, регулятор импульсов, коммутатор и т. д.

БСЗ – устройство, которое аналогично контактной системе зажигания, имеет целый ряд положительных сторон. Однако, как утверждают некоторые эксперты, не лишено и минусов.

Рассмотрим основные элементы БСЗ, чтобы составить более обзорное представление.

Регулятор импульсов или ДЭИ* — данный компонент предназначен для создания электроимпульсов низкого напряжения. В современной технопромышленности принято использовать 3 типа ДЭИ, но в автомобильной сфере широкое применение нашел лишь один из них – датчик Холла.

Как известно, Холл – гениальный ученый, которому первому пришла в голову идея рационально и эффективно применять магнитное поле.

Состоит регулятор этого типа из магнита, пластины-полупроводника с чипа и затвором с выемками, которые собственно и пропускают магнитное поле.

ДЭИ – датчик электроимпульсов

Регулятор конструктивным образом соединяется с трамблером, тем самым способом, образуется устройство единого типа – регулятор-трамблер, внешне схожий во многих функциях с прерывателем. Например, оба имеют аналогичный привод от коленвала.

КТТ

Коммутатор транзисторого типа (КТТ) – полезнейший компонент, служащий для прерывания электричества в цепи катушки зажигания. Конечно же, КТТ функционирует в соответствие с ДЭИ, составляя вместе с последним единый и практичный тандем. Прерывается электрический заряд за счет отпирания/запирания выходного транзистора.

Катушка

И в БСЗ катушка выполняет те же функции, что и на КСЗ. Отличия, безусловно, имеются (подробно представлены ниже). Кроме этого, здесь применяется электрокоммутатор, осуществляющий прерывание цепи.

БСЗ-катушка надежнее и лучше во всех отношениях. Улучшается пуск силовой установки, эффектнее становится работа мотора на разных режимах.

Как функционирует БСЗ

Вращение коленвала силовой установки воздействует на тандем трамблер-регулятор. Таким образом формируются импульсы напряжения, передающиеся на КТТ. Последний создает ток в катушке зажигания.

Далее высокое напряжение передается из катушки на трамблер. В распределителе его принимает центральный контакт, от которого ток и передается по всем бронепроводам на свечи. Последние осуществляют воспламенение горючей смеси, и ДВС запускается.

Как только увеличиваются обороты коленвала, ЦРОЗ* осуществляет регулирование УОЗ**. А если нагрузка на силовую установку меняется, то за УОЗ отвечает уже вакуумный датчик.

ЦРОЗ – центробежный регулятор опережения зажигания

УОЗ – угол опережения зажигания

Безусловно, трамблер сам по себе, будь он старого или нового образца, является обязательным элементом системы зажигания автомобиля, способствующий появлению качественного искрообразования.

В трамблере нового образца устранены все недочеты распределителя контактного. Правда, новый распределить стоит на порядок дороже, но это окупается, как правило, впоследствии.

Как и было написано выше, при эксплуатации БСЗ применяется новый распределитель, не имеющий контактную группу. Здесь роль прерывателя и соединителя выполняют КТТ и датчик Холла.

Основная информация о бесконтактной системе зажигания

Контактная система зажигания Бесконтактная система зажигания считается продолжением конструкции транзисторно-контактной системы зажигания. Бесконтактный датчик заменяет стандартный контактный прерыватель данной системы. Благодаря этой системе появляется возможность снижения затрат топлива, повышения мощности двигателя, снижения вредных выбросов, при помощи высокого напряжения разряда в тридцать тысяч вольт, а еще увеличения качества сгорания воздушно-топливной смеси.

Конструкция бесконтактной системы включает в себя целый перечень различных элементов, к которым относятся:

• Источник питания;
• Катушка;
• Переключатель;
• Вакуумный регулятор опережения;
• Главный регулятор опережения;
• Распределитель;
• Проводки с высоким напряжением;
• Транзисторный коммутатор;
• Свечи;
• Датчик сигналов.

Схема безконтактной система зажигания ВАЗ 2101

Конструкция данной системы аналогична контактной системе, только исключается датчик сигналов и транзисторного коммутатора. К основным преимуществам установления БСЗ ВАЗ 2101 являются такие:

1. Увеличение высокого напряжения и энергии искрового разряда;
2. Улучшение запуска двигателя, особенно это заметно в холодное время года;
3. Улучшение стабильности функционирования двигателя;
4. Экономичность функционирования двигателя.

Самостоятельное установление бесконтактной системы зажигания

Будем выполнять установление БСЗ ВАЗ 2101 пошагово, следуя такому алгоритму:

1. Снимите крышку, с проводками высокого напряжения, трамблера;
2. Отключите проводки высокого напряжения с катушки;
3. С помощью стартера выставите резистор под углом в 90⁰ к двигателю, но после этого нельзя поворачивать коленвал двигателя;
4. Поставьте метку на двигателе напротив средней пометки на трамблере;
5. С помощью ключа на 13 открутите гайку со шпильки на вилке трамблера;
6. Снимите старый трамблер;
7. Отключите проводок от катушки, который идет к трамблеру;
8. Снимите крышку с нового трамблера и вставьте в двигатель;
9. Поверните корпус трамблера до поставленных меток;
10. При помощи гайки зажмите вилку трамблера;
11. Установите новую крышку трамблера на новый трамблер;
12. Поменяйте старую катушку;
13. Подключите штатные проводки к новой катушке;
14. Установите коммутатор;
15. Соответственно со схемой, которая есть в инструкции по установлению, подключите все проводки;
16. Бесконтактная система установлена на автомобиль ВАЗ 2101, теперь остается только отрегулировать ее.

Регулирование бесконтактной системы

Регулирование будем проводить в два этапа. Первым рассмотрим процесс регулирования опережения зажигания без приборов. Для начала необходимо разогреть автомобиль до 85 градусов, после этого набрать скорость до 40 километров в час и на четвертой передаче резко нажать на педаль газа. Самым лучшим вариантом будет, если ощущается детонация на протяжении двух трех секунд и уверенно набирать скорость.

Теперь рассмотрим регулирование холостого хода. При помощи винтика количества выставите около 1 200 оборотов, а после найдите расположение максимальных оборотов. Снова выставите около 1 200 оборотов, а после снова проверьте максимальное количество оборотов. Выполняйте данные действия до тех пор, пока обороты не будут приблизительно равны 1 200 оборотов, а винтик в найденном расположении максимальных оборотов. После этого необходимо понизить количество оборотов до стандарта (приблизительно 900 оборотов).