Котушка високої напруги. Принцип роботи котушки запалювання. Її типи та пристрій

Використовується як високовольтний трансформатор, що підвищує - накопичувач ел. енергії в індуктивності, для створення електродів свічки запалювання дугового розряду, тривалістю 1-3 мс.

ПРИНЦИП РОБОТИ

Мал. Котушка запалювання в розрізі: 1 – ізолятор; 2 - корпус, 3 - ізоляційний папір, 4 - первинна обмотка, 5 - вторинна обмотка, 6 - клема виведення первинної обмотки (позначення: "1", "-", "К"), 7 - контактний гвинт, 8 - центральна клема високої напруги, 9 - кришка, 10 - клема живлення (позначення: "+Б", "Б" "+", "15"), 11 - контактна пружина, 12 - скоба, 13 - зовнішній провід, 14 - сердечник.

На малюнку наведено зображення котушки запалення в розрізі та одна із схем з'єднання обмоток. Повторимо, викладене раніше: котушка- Це трансформатор з двома обмотками намотаними на спеціальний сердечник.

Спочатку намотана вторинна обмотка тонким проводом та великою кількістю витків, а зверху на неї намотана первинна обмотка товстим проводом та невеликою кількістю витків. При замиканні контактів (або іншим способом) первинний струм поступово наростає і досягає максимального значення, що визначається напругою акумуляторної батареїта омічним опором первинної обмотки. Наростаючий струм первинної обмотки зустрічає опір е.р.с. самоіндукції, спрямоване зустрічно напрузі акумуляторної батареї.

Коли контакти замкнуті, по первинній обмотці протікає струм і створює в ній магнітне поле, яке перетинає вторинну обмотку і в ній індукується струм високої напруги. У момент розмикання контактів переривника як у первинній, так і у вторинній обмотках наводиться е.р.с. самоіндукції. Відповідно до закону індукції вторинне напруження тим більше, що швидше зникає магнітний потік, створений магнитотоком первинної обмотки, що більше відношення чисел витків і тим більше первинний струм у момент розриву.

Така конструкція характерна під час побудови систем запалення з використанням контактів переривника. Феромагнітний сердечник може насичуватися первинним струмом, що призводило б до зменшення енергії, що накопичується в магнітному полі. Для зменшення насичення використовують розімкнений магнітопровід. Це дозволяє створювати котушки запалення з індуктивністю первинної обмотки до 10 мГн та первинному струмі 3-4 А. Вище струм не можна використовувати, т.к. при цьому струм може початися обгорання контактів переривника.

Якщо в котушці індуктивність Lk = 10 мГн і струм I = 4 А, то в котушці можна запасти енергії W не більше 40 мДж за ККД = 50 % (W = Lk * I * I/2). При певному значенні вторинної напруги між електродами запалювання свічки виникає електричний розряд. Через зростання струму у вторинному ланцюзі вторинне напруження різко падає до, так званого, напруги дуги, яке підтримує дуговий розряд. Напруга дуги залишається майже постійною до того часу, поки запас енергії стане менше деякої мінімальної величини. Середня тривалість батарейного запалювання становить 1,4 мс. Зазвичай цього достатньо для займання паливоповітряної суміші. Після цього дуга зникає; а залишкова енергія витрачається на підтримку загасаючих коливань напруги та струму. Тривалість дугового розряду залежить від величини запасеної енергії, складу суміші, частоти обертання коленвала, ступеня стиснення та ін. Через це зменшується запас енергії, накопиченої в магнітній системі котушки запалювання та знижується вторинна напруга.

Негативні властивості систем запалення з механічними контактами виявляються за дуже малих і високих частот обертання коленвала. При малих частотах обертання між контактами переривника виникає дуговий розряд, що поглинає частину енергії, а при високих частотах обертання вторинне напруження зменшується через «брязкот» контактів переривника. Контактні системи там давно не застосовуються. По наших дорогах ще колесять а\м, випущені в 80-х роках.

Деякі котушки запалювання працюють із додатковим резистором. Функціональна схема з'єднання такої котушки з контактною системою запалювання наведена поруч.

Мал. Схема з'єднання котушки запалювання з контактною системою запалювання: 1 - свічки запалення, 2 - розподільник, 3 - стартер, 4 - замок запалювання, 5 - реле стартера, що втягує, 6 - додатковий опір, 7 - котушка запалювання.

Схема з'єднання обмоток котушки інша. На пускових режимах, коли напруга на акумуляторній батареї падає, додатковий резистор закорочується допоміжними контактами реле стартера втягує або контактами додаткового реле включення стартера, що забезпечує первинної обмотці котушки запалювання робоча напруга 7-8 В. На робочих режимах двигуна2 напруга4. Додаткові резистор намотується зазвичай з константанового або нікелевого дроту. Якщо дріт нікелевий, то такий опір називають варіатором через зміну опору від величини струму, що протікає по ньому: чим більше струм, тим вище температура нагріву і вище опір. На підвищених частотах обертання колінвала сила первинного струму падає, нагрівання варіатора слабшає та його опір зменшується. Тж. вторинна напруга залежить від струму розриву в первинному ланцюзі, то застосування варіатора дає можливість знизити вторинну напругу при малій і підвищити - при великій частоті обертання коленвала двигуна.

У транзисторних системах запалення переривання первинного струму здійснюється силовим транзистором. У таких системах первинний струм збільшений до 10 - 11 А. Використовуються котушки запалення з низьким опором первинної обмотки та високим коефіцієнтомтрансформації. Наведемо зразки осцилограм, знятих у справній системі на первинній та вторинній обмотках котушки запалювання.

Мал. Осцилограма первинної обмотки.

Мал. Осцилограма вторинної обмотки.

Форма осцилограм дуже подібна, т.к. обмотки котушки пов'язані між собою трансформаторним зв'язком (взаємною індукцією). Котушки контактно-транзисторних та транзисторних систем запалювання мають класичну конструкцію: маслонаповнені, з розімкненим магнітопроводом, у металевому корпусі. Наведемо деякі дані щодо вітчизняних котушок запалювання, що випускалися.

Як водно з таблиці котушки запалювання відрізняються кількістю витків в обмотках та коефіцієнтом трансформації у різних системах запалювання. Конструкції котушок мало відрізнялися.

РОЗМІЩЕННЯ

Під капотом на крилі або на розділовій панелі між підкапотним простором та салоном автомобіля. Іноді безпосередньо на двигуні.

НЕСПРАВНОСТІ

Основна несправність обрив первинної чи вторинної обмоток. Іноді від перегріву спрацьовує аварійний клапан тиску олії. Після зливу олії котушка виходить з ладу. Деякі котушки продовжують працювати навіть при обриві вторинної обмотки, при цьому при дроселюванні спостерігаються перепустки іскроутворення.

При тривалій експлуатації ам ізоляційні властивості матеріалів, що застосовуються в котушках запалювання втрачають властивості і трапляються високовольтні прогари, що дозволяють «піти» частини заряду на масу. Під час огляду котушки запалювання таку несправність легко виявити по сірому сліду на поверхні ізолятора котушки (схожий слід від простого олівця) або чорнота прогару з частково обвугленою поверхнею.

Необхідно оглянути роз'єм ВР дроту, що виходить із котушки запалювання. У 70% випадків там окислена поверхня чи іржа. У такому разі обов'язково перевірте центральний ВР провід. Опір його має бути не більше 20 ком. Нерідка ситуація: ВР провід продзвонюється, опір до 20 кОм, а осцилограма горіння на всіх циліндрах однаково неправильна. При різкому дроселюванні осцилограма горіння ще сильніше спотворюється, спостерігається хаотичне іскроутворення і лише заміна центрального ВР проводу дає позитивний результат.

Робота бензинового двигунавнутрішнього згоряння можливе лише за наявності іскри в камері згоряння. Іскра повинна податись вчасно і бути достатньо сильною для займання повітряно-паливної суміші. За цей процес відповідає система запалювання автомобіля. Вона складається з багатьох елементів і дуже важливу роль у системі відіграє котушка запалювання.

Електричній іскрі дуже непросто утворитися в умовах діелектричного середовища, створеного паливо-повітряною сумішшюу камері згоряння. Найменший електричний пробій у таких умовах можливий лише за наявності дуже високої напруги. Електричний імпульс такої сили просто не може виникнути при напрузі 12 вольт, яку має бортова система електроживлення автомобіля. Напруга, здатна викликати короткочасну появу іскри на електродах свічки запалювання має бути не менше десятка тисяч вольт.

Щоб створити імпульс такої високої напруги застосовують котушку запалювання. Вона покликана перетворити напругу бортової системиелектрообладнання 6, 12 або 24 вольта в короткочасний імпульс з напругою до 30 000 вольт. Пристрій передає імпульс на свічку, де між її контактами виникає іскра, необхідна для того, щоб робоча суміш спалахнула.

Котушки запалення тій чи іншій конфігурації встановлюють усім без винятку ДВС, які працюють на бензині чи газі. Вона застосовується на всіх видах систем запалення без винятку – контактної, безконтактної та електронної.

Принципово котушка запалення влаштована дуже просто. Вона має дві обмотки – первинну та вторинну. Провід з великим перетином створює первинну обмотку, а вторинна намотана тоншим дротом і кількість витків може становити до 30 000. Первинна обмотка має близько ста витків. Обмотки розташовані навколо металевого стрижня – знизу вторинна, а поверх її намотують первинну обмотку.

Обидві обмотки, як і сердечник, укладені всередині діелектричного корпусу, всередині якого знаходиться трансформаторна олія. Вся конструкція у зборі є підвищуючим трансформатором. На його первинну обмотку подають струм низької напруги, а високовольтний імпульс знімають із вторинної.

Види котушок та схеми їх підключення

При абсолютно однаковій конструкції, котушки підключають за різними схемами, які визначають вид пристрою:

• загальна котушка;
• індивідуальна котушка;
• здвоєна або двовивідна.

Найпростіший і найстаріший вид котушок. Схема підключення її передбачає наявність лише однієї котушки, що передає високовольтний імпульс на розподільний пристрій трамблер. Він уже розподіляє високу напругу між свічками циліндрів, згідно з порядком їх роботи. Така схема підключення може застосовуватися на системах запалювання всіх. існуючих типів– електронної, контактної та безконтактної.

Функціонування бобіни ґрунтується на процесі електромагнітної індукції – високовольтний імпульс виникає при проходженні малих струмів через первинну обмотку, збуджуючи у високовольтній обмотці магнітне поле, що викликає появу потужного імпульсу, який надходить на свічки.

Котушка індивідуального типу

Електронні системи запалювання можуть працювати лише з такими котушками. Вони відрізняються за схемою підключення і зовні - кожна свічка має свою котушку і це сприяє кращій синхронізації фаз газорозподілу з моментом займання суміші бензину і повітря.

Котушки індивідуальної конструкції сухі та мають у своїй конструкції електронні деталі запальника. Обмотки розташовані у зворотному порядку, і струм вторинної обмотки йде прямо контакти свічки. Конструкція цих котушок передбачає наявність діода, що відсікає високі струми.

Подвоєні котушки запалювання

Призначення котушки запалювання

Котушка запалювання - це один із найважливіших елементів займання палива в циліндрах двигуна. Вона являє собою пристрій, що споживає низьковольтний струм від акумулятора автомобіля і перетворює його на високовольтні імпульси. Вони у потрібний момент утворюють іскру між електродами свічки запалювання та займають паливно-повітряну суміш.

Конструкція

Пристрій котушки запалення подібно до трансформатора: вона теж має дві обмотки (первинну і вторинну) на сердечнику, а спеціальний пристрій перетворює постійний струм батареї в імпульсний, напруга якого підвищується в кілька тисяч разів за законом електромагнітної індукції. У системах займання старих автомобілів був лише один такий вузол. Імпульси від нього по черзі подавалися на всі свічки через розподільник та високовольтні дроти. Але в Останнім часомна машинах все частіше трапляється система з виносом окремої котушки на кожен циліндр.

Діагностика методом замикання свічки на корпус

Без цього пристрою автомобіль не може завестися. Отже, перевірка котушки запалення - це та операція, яку має вміти робити будь-який автомобіліст. Найбільш поширений спосіб - це викрутити свічки запалювання з циліндра та замкнути їх на корпусі двигуна з подальшою спробою завести машину. Якщо іскра проскакує між електродами, то котушка запалювання справна. Якщо ж ні, то, швидше за все, проблема саме в цьому пристрої. Але у багатьох автолюбителів існує думка, що за такого способу перевірки котушка запалення може вивести з ладу.

Діагностика методом виміру опору

Існує безпечна альтернатива, але в цьому випадку знадобиться омметр. Метод полягає у вимірі опорів обмоток. Точні значення зазначені в технічних довідниках, але зазвичай робоча котушка запалювання має на первинній обмотці опір 16-17 КОм. Якщо виявлено сильну розбіжність з цією цифрою або взагалі розрив (нескінченний опір) або коротке замикання (величина буде прагнути нуля), то, швидше за все, даний агрегат несправний.

Альтернативні методи діагностики

Ще один спосіб – це встановлення вашої котушки на іншу машину. У цьому випадку ви однозначно дізнаєтеся, чи справний цей компонент. Складність в тому, що автомобіль повинен бути тієї ж марки і тієї ж комплектації, що і ваш, а ще вам потрібна згода його власника. Також існують і візуальні ознаки виходу з ладу котушки: запах горілої ізоляції або сліди пробою (наявність чорних крапок, що прогоріли на корпусі і обмотках).

Чи можна відремонтувати котушку запалювання

Що робити, якщо встановлено несправність цього компонента системи запалювання? Тільки міняти – котушка не піддається ремонту. Точніше відремонтувати її можна, але складність заміни обмоток робить таку операцію нерентабельною.

Методика проведення робіт

Пам'ятайте про техніку безпеки при всіх маніпуляціях із системою запалювання, оскільки напруга котушки може досягати 20-25 тисяч вольт. Використовуйте інструменти з електроізольованими ручками та не працюйте у сирих приміщеннях або під дощем. Якщо ви не можете знайти причину несправності автомобіля самостійно, зверніться до спеціалізованого сервісу. Успіхів на дорогах!

Котушка запалювання – другий елемент у послідовності системи запалення двигуна автомобіля. Робота котушки запалення схожа з функціями трансформатора і заснована на перетворенні низьковольтної напруги від акумуляторної (стартерної) батареї автомобіля, високовольтна напруга, що генерується для свічок запалювання, внаслідок чого відбувається запалення повітряно-паливної суміші.

Складається котушка з первинної та вторинної обмоток, залізного сердечника та корпусу з ізоляцією. На сердечнику, набраному з тонких металевих пластин, намотані дві обмотки з товстого та тонкого мідного дроту.

Принцип роботи котушки запалення аналогічний роботі трансформатора. При подачі напруги на ланцюг первинної обмотки у котушці створюється магнітне поле. Вторинна обмотка котушки запалювання самоіндукується та генерує напругу. Трансформована напруга подається на свічки запалювання через розподільний пристрій, а високовольтний розряд продовжується, доки створена котушкою енергія не буде витрачена.

Різновиди котушок

На сьогоднішній день існує достатня кількість типів котушок запалювання, які можна встановлювати як на старі вітчизняні автомобілі з карбюраторними двигунами, так і на більш сучасні автомобіліз безпосереднім упорскуванням палива.

Корпусні котушки запалювання встановлюються на автомобілі з механічним розподілом запалювання, де розподільник, обертаючись, подає високовольтну напругу на кожну запалювальну свічку в певній послідовності. Такий спосіб комутації та розподілу напруги не застосовується у сучасному автомобілебудуванні через малі терміни служби та низьку надійність.

Котушка з електронним розподілом запалювання, або котушка, що розподіляє, не вимагає для своєї роботи додатково контактного каскадного переривника, адже з розвитком технологій у мікроелектроніці стала можливою інтеграція такого переривника запалювання в саму котушку. Така котушка підійде для автомобілів із механічним розподілом запалювання.

Двохіскрова котушка запалювання дозволяє генерувати напругу для свічок одночасно у двох циліндрах двигуна за один оборот колінчастого валу, при цьому узгодження між системою запалення та розподільним валом не потрібно. Такі котушки доцільно застосовувати тільки в двигунах з парною кількістю циліндрів, наприклад, для двигуна з чотирма циліндрами знадобиться дві котушки, з шістьма-три, відповідно, з вісьма-чотири.

"Інтелектуальна" штекерна котушка запалювання є одноіскровою і встановлюється прямо на кожну свічку запалювання. Конструкція та функціональні характеристики такої котушки дозволяють відмовитись від застосування в системі високовольтних проводів, але при цьому необхідні сполучні затискачі (клеми), розраховані на високу напругу. За рахунок своєї компактності ці котушки застосовують у автомобілях з малим об'ємом вільного підкапотного простору, але компактний не означає малоефективний. Штекерна котушка може легко конкурувати зі своїми побратимами.

Перевагами котушки є:

1. Найбільш широкий діапазон налаштування кута випередження запалення.
2. Діагностика перепусток запалювання з первинної та вторинної обмоток.
3. Спорошення у вторинному ланцюгу за допомогою високовольтного діода.

Застосовуються такі пристрої двигунів з будь-яким числом циліндрів, проте тут суворо потрібна синхронізація з положенням розподільного валу за допомогою відповідного датчика.

Несправності котушок та їх діагностика

Котушка запалювання - досить-таки надійний елемент системи, але і її не оминають всілякі несправності, часто пов'язані з недотриманням правил експлуатації. Розглянемо найпоширеніші ознаки несправності котушки запалювання:

• Нестійкі обороти двигуна на неодруженому ходу.
• Провали двигуна при різкому відкритті дросельної заслінки.
• Зайнявся «Чек».
• Відсутня іскра.

У першу чергу, при виникненні поломки системи запалення, слід візуально оглянути котушку і знайти тріщини, обвугленість, а також перевірити її температуру та вологість. Якщо гріється котушка запалювання, це може свідчити про те, що сталося міжвиткове замикання і пристрій підлягає заміні. Підвищена вологість у місці, де знаходиться котушка запалювання, так само може позначитися на роботі двигуна. Якщо котушка суха, без тріщин, кіптяви і не гаряча, але несправність у системі все ж таки присутня, необхідно провести її діагностику.

Якщо автомобіль не заводиться, тобто стартер прокручується, але двигун не підхоплює запалювання, це може означати, що немає іскри з котушки запалення.

1. Як перевірити котушку запалювання на працездатність для безконтактної системи розподілу запалювання? Необхідно від'єднати високовольтний провід, розташований по центру розподільника запалювання і розташувати провід на відстані приблизно 5 міліметрів від металевого корпусу двигуна. Потім прокручуємо стартером колінчастий вал двигуна і спостерігаємо за наявністю іскри в зазорі між контактною частиною високовольтного дроту, який від'єднали від розподільника, та корпусом двигуна (маса).
2. У контактній системі запалення з цієї процедури виключається прокручування колінчастого валу стартером, а саме: знімаємо кришку розподільника запалювання та встановлюємо контакти переривника напруги у замкнутий стан. Потім включаємо запалювання важелем переривника, розмикаємо та замикаємо контакти. Наявність при цьому іскри в зазорі між проводом і масою говорить про справну роботу котушки запалювання.

Якщо діагностика котушки запалення виявила відсутність іскри, потрібно перевірити опір котушки запалення. Для цього буде потрібний звичайний мультиметр, або омметр і технічний паспортна котушку, де можна переглянути її параметри, включаючи опір обмоток. Перед тим, як перевірити котушку запалювання, від'єднуємо всі дроти та почергово заміряємо опір обох обмоток, при цьому опір первинної обмотки має бути меншим, ніж у вторинної. Якщо в ході вимірювань з'ясувалося, що опір обох обмоток відповідає заводським параметрам, а при перевірці «на іскру» цієї іскри не було, то можна зробити висновок, що стався пробій ізоляції між витками і корпусом.

Заміна котушки запалювання

У разі несправності котушки та неможливості її відновлення вона підлягає заміні. Можна купити таку ж оригінальну, а можна підібрати аналогічну, при цьому їх характеристики не повинні відрізнятися більш ніж на 20-30 відсотків, а також мати однакове кріплення та конструктивне виконання. Наприклад, для вітчизняних автомобілів ВАЗ-2108 - 2109 з електронними котушками 27.3705 від вітчизняного виробника, підійдуть не сильно відрізняється за параметрами котушки 0.221.122.022 фірми Bosch. І тут розкид параметрів становитиме від 10 до 15%.

Підсумовуючи, можна зазначити, що при написанні статті використовувалася реальна інформація про проблеми, з якими стикався кожен водій. Всі котушки практично не відрізняються один від одного за принципом дії, але не всі їх взаємозамінні, наприклад, котушки з механічним розподілом запалювання не зможе працювати з безконтактним розподілом і навпаки.

Незалежно від системи керування двигуном, принцип роботи котушки запалюваннязалишається незмінним. Функціональне призначення у пристрої запалювання котушки полягає в перетворенні низьковольтного бортового струму, що надходить від автомобільної акумуляторної батареї, високовольтний.

Функція котушки стала для всіх систем запалювання, яких на Наразічасу розроблено поки що лише три:

• з контактним керуванням;
• з електронним керуванням;
• з безконтактним керуванням.

Принцип роботи котушки запалення базується на фізичних законах, які за часів навчання у школі знав практично кожен із нас. У спрощеному вигляді ця ключова деталь системи запалювання може бути представлена ​​у вигляді трансформатора, що підвищує, з подвійною обмоткою.

У класифікації автомобільного обладнання представлено три типи високовольтних котушок:

• з індивідуальною конструкцією;
• зі здвоєним корпусом;
• загального виконання.

Котушка індивідуального типу конструкції

Такий тип котушок встановлюється разом запалюванням, робота якого повністю заведена на електронне управління та з відсутністю механічних елементів. Таку систему прийнято називати прямою, тому що запалення проводиться за допомогою розряду від конденсатора.

Конструкцією такої системи передбачено встановлення корпусу котушки безпосередньо на свічку, звідси й пішла назва даного типу котушок.

Основна функціональна частинакотушки складається з витків мідного дроту для первинного прийому напруги та вторинного контуру перетворення. Відмінною особливістює розташування первинної обмотки усередині вторинного перетворювача. Перший контур включає сердечник внутрішнього розташування в первинній обмотці, а вторинний контур у вигляді зовнішнього кожуха огинає вторинну обмотку.

Під кожухом корпусу котушки індивідуального виконання укладено конденсатор запалювача. Вироблений у вторинній обмотці високовольтний струм подається на контакт свічки, контакт якої встановлено котушка.

Для цього в конструкцію введений спеціальний наконечник, що складається зі стрижня, який безпосередньо контактує зі свічкою, притискною пружиною та ізолятором. Відсікання струму відбувається за допомогою діода.