Что такое катушка зажигания — «вскрытие» покажет

Система зажигания используется в бензиновых и газовых двигателях, так что свечи, катушки и высоковольтные провода стали неотъемлемой частью современного автопрома. Как и многие другие системы, зажигание претерпело множество перемен в ходе своей эволюции, но принцип его работы остался тем же (еще бы, ведь законы физики пока никто не отменял). И, пожалуй, сильней всего изменилась именно катушка зажигания, пройдя путь от массивного устройства до небольшого девайса, почти не занимающего места, но добросовестно выполняющего свою работу. В этой статье мы с Вами вскроем несколько тайн по поводу этого устройства.

Что такое катушка зажигания и для чего она нужна?

Чтобы получить заветную искорку, нужно довольно большое напряжение, ведь разряд на свече должен «пробить» расстояние между электродами и дать мощную искру. Дать такое напряжение ни генератор, ни аккумулятор автомобиля даже теоретически не в состоянии: при номинальном показателе 12 вольт на АКБ для зажигания требуется 10-50 тысяч вольт. Вот для получения такого напряжения и используется катушка зажигания. По сути, она преобразовывает низковольтный ток в высоковольтный.

От того, насколько стабильно работает катушка, зависит и работа двигателя, ведь без «заветной искры» никто никуда не поедет.

Схема системы зажигания

В общей схеме системы зажигания катушка располагается между АКБ и распределителем зажигания, за которым дальше стоят свечи. Параллельно с катушкой подсоединен прерыватель (в старых автомобилях) или ЭБУ для регулировки подачи заряда – в новых. Постоянный низковольтный ток от батареи (или генератора) поступает на катушку. Прерыватель отрабатывает периодические разрывы в цепи (об этом чуть дальше, в описании принципа работы). Катушка генерирует высоковольтный ток, который через трамблер поступает на нужную свечу. Независимо от того, какая система управления используется в автомобиле (механическая или электронная), схема зажигания не меняется по принципу, а только совершенствуется по форме.

Если любой из элементов системы дает сбой, это сразу отражается на режиме работы двигателя. Поэтому катушка так важна.

Устройство катушки зажигания

Принципиальная схема устройства катушки остается одинаковой на все модификации и конструктивные особенности.

• Внутренний центральный сердечник, сделанный из стальных пластин, изолированных между собой для уменьшения вихревых токов.
• Первичная обмотка из толстой (примерно 0,8 мм в сечении) проволоки, намотанной в 250-400 витков.
• Вторичная обмотка, состоящая из тонкой проволоки (примерно 0,1 мм в сечении), намотанной в 20-25 тысяч витков. В среднем, соотношение количества витков между первичной и вторичной обмоткой составляет примерно от 1:150 до 1:200.
• Наружный кольцевой сердечник, он же магнитопровод.
• Клеммы: две для тока низкого напряжения (от АКБ и на «массу») и одна высоковольтная.
• Корпус, наполнитель (заливка трансформаторным маслом или эпоксидным составом).

Первичная и вторичная обмотка изолированы друг от друга, а в дорогих моделях изоляция есть и между слоями витков. Это сделано для того, чтобы избежать «пробоев» напряжения.

Виды и устройство катушек зажигания

В процессе своего развития катушка зажигания серьезно преобразилась внешне, хоть и не изменилась принципиально. Конструктивно выделяют четыре типа катушек.

1. Классическая или общая – самый старый тип конструкции, который, тем не менее, еще можно встретить в автомобилях. Конструктивно это одна катушка, которая подает разряд на каждую свечу по очереди. Очередность подачи тока определяет трамблер.

   

2. Сдвоенная, она же «сдвоенная искра», она же модуль зажигания или DIS (Double Ignition System) – героическое избавление от распределителя зажигания, который был слабым звеном во всей цепочке. В ней два высоковольтных вывода, каждый из которых подает напряжение одновременно на два цилиндра, в которых поршни движутся синхронно вверх.

   

   При этом если один из цилиндров требует поджига (то есть идет такт сжатия) и искра действительно нужна, то второй цилиндр работает на выпуск, и искра отрабатывает вхолостую. Трамблера в системе нет, поскольку каждый модуль состоит из двух высоковольтных выводов, работающих одновременно. Соответственно, два модуля ставятся на 4-цилиндровый двигатель, три модуля – на 6-цилиндровый. Прерывателем тока работает праобраз современных ЭБУ – блок управления двигателем (первые блоки были транзисторными, что не мешало им справляться со своей работой).

3. Индивидуальная, она же «катушка на свече», она же COP (Coil on Plug) – еще один шаг навстречу рациональности. Установка на каждую свечу индивидуальной катушки зажигания дала возможность убрать из цепочки высоковольтные провода, а значит, дополнительно повысить общую надежность системы. Теперь каждая катушка подключается к ЭБУ, работающем по принципу прерывателя. Но никаких трамблеров, никаких проводов – высоковольтный вывод катушки подсоединен к главному контакту свечи. В современных двигателях используются индивидуальные катушки компактного типа, в которых основная часть с обмотками и сердечником располагается в верхнем отдельном секторе корпуса.

   

4. Рейка зажигания (секционные) – конструкция, объединяющая несколько катушек для лучшей и более простой синхронизации их работы. В рейку устанавливаются индивидуальные катушки стержневого типа, в которых внутренний сердечник проходит параллельно основной оси катушки. Основной их недостаток то, что если выходит из строя одна катушка, то нужно менять весь модуль в сборе. А это удовольствие не из дешевых.

Помимо основного типа конструкции катушки имеют разный теплопроводный наполнитель. Во время работы она может довольно сильно нагреться, поэтому внутреннюю часть заполняют веществом, отводящим лишнее тепло от медной обмотки. По типу этого вещества катушки делятся на «сухие» и маслозаполненные.

1. «Сухие» – современные устройства, залитые смесью на эпоксидной основе. Она одновременно выполняет функцию отвода тепла, изолятора и даже корпуса.
2. Маслозаполненные – старые модели, которые заливались трансформаторным маслом. Не самая рациональная система, но тоже справляется со своей задачей.

Принцип работы катушек зажигания

Принцип работы катушки зажигания основан на физическом законе самоиндукции. Ниже, на видео наглядно показан принцип работы.

1. Постоянный, низковольтный ток поступает на первичную обмотку.
2. Когда срабатывает прерыватель, напряжение начинает падать, образовывая вокруг первичной обмотки переменное магнитное поле.
3. Далее электромагнитное поле, пересекая стальной сердечник, усиливается, и пересекает вторичную обмотку.
4. При пересечении вторичной обмотки магнитным полем, в ней индуктируется ток с электродвижущей силой гораздо большей, чем в первичной обмотке. Происходит это как раз иза разности количества витков в катушках.
5. Этого напряжения уже достаточно чтобы на свече образовалась искра, и произошло воспламенения топливной смеси.

Частые неисправности

Время от времени катушки зажигания выходят из строя, иногда отработав свои законные тысячи километров, а иногда вскоре после покупки. Регламентного срока замены у них нет, так что чем выше качество этой детали, тем дольше не придется о ней вспоминать. Частые причины поломок катушки разные.

1. Перегрев. Катушка может пострадать от сбоя в системе охлаждения двигателя, от «закипания» мотора, от нарушения отвода тепла.
2. Короткое замыкание. Встречается нередко, особенно в дешевых моделях, которые используют на сложных дорогах. От вибрации изоляционный материал постепенно приходит в негодность и происходит замыкание на обмотках.
3. Неисправность смежных элементов электросети. В частности, недостаточный заряд АКБ приводит к слишком продолжительной зарядке катушки.
4. Повреждение корпуса от ударов, вибрации, перепадов температур и т.д.
5. Попадание влаги внутрь.
6. Естественный износ. Да, катушка тоже имеет свой ресурс, и рано или поздно ее приходится менять.

Любая неисправность моментально сказывается на работе двигателя: он либо вообще не запускается (если проблема с образцом старого типа, одной на все цилиндры), либо работает с перебоями: троит, теряет динамику. В довершение ко всему загорается значок Check Engine, и приходится ехать в сервис на диагностику.

Катушки зажигания не ремонтируются, только меняются на новую. Это относится и новейшим индивидуальным устройствам с компьютерным управлением, и к старым классическим.

Советы по эксплуатации и проверке

Чтобы катушки зажигания проработали как можно дольше, рекомендуем такие несложные правила эксплуатации.

1. Следите за состоянием электросети и всех ее элементов. «Убить» катушку может и старый аккумулятор, и некачественные высоковольтные провода, и даже программный сбой ЭБУ.
2. Не экономьте на свечах зажигания. В конструкции «катушка на свече» есть риск прорыва выхлопных газов через свечной колодец. В дешевых свечах уплотнение менее качественное, а значит, есть риск получить раскаленные выхлопные газы прямо внутрь катушки зажигания.
3. Проверить работоспособность ее можно с помощью мультиметра. Для этого нужно сначала замерить сопротивление первичной обмотки, подключив щупы к низковольтным клеммам. Стандартное сопротивление 0,4-3 Ом. Если больше или стремится к бесконечности – в обмотке обрыв, если меньше (стремится к нулю) – короткое замыкание.
4. Для проверки вторичной обмотки тестер нужно выставить на измерение до 2 тыс. кОм, щупы установить на высоковольтную и плюсовую клеммы и замерить сопротивление. Показатели должны быть 5-10 кОм, возможно больше или меньше, но в разумных пределах. Так же, как и в предыдущем случае, бесконечность означает обрыв провода в обмотке, ноль – короткое замыкание.
5. При подозрении на пробой изоляции (есть утечки тока, которые чувствуются как удары током от кузова автомобиля) можно измерить сопротивление на корпусе. Один щуп мультиметра на высоковольтную клемму, второй на корпус. Вот тут как раз должно быть сопротивление, стремящееся к бесконечности. Другой показатель четко говорит о повреждении оболочки катушки.

Покупая катушку зажигания, многие автовладельцы недоумевают: цены на оригинальные (ОЕМ), неоригинальные от качественных брендов и бюджетные катушки могут отличаться в десятки раз. И это не «доплата за бренд», как обычно думают покупатели. По итогу, устройство от качественного бренда будет надежно работать и не беспокоить лишний раз. А от образца бюджетного уровня сложно ожидать долгих лет службы. Как правило, самые дешевые образцы ставят на автомобиль перед продажей, чтобы он некоторое время поездил (хотя бы до ближайшего нотариуса).

Заключение

Нормальная качественная катушка зажигания служит долго, если ей не мешать. Но ее поломка – всегда неожиданность, расходы и переживания. Поэтому лучше позаботиться о том, чтобы поддерживать электрику автомобиля в порядке, не перегревать двигатель, не заливать его водой, а при замене свечей зажигания аккуратно обращаться с катушками. Конечно, никакие предосторожности не сделают ее вечной, но помогут снизить затраты на диагностику, поиск и покупку новых, а еще сэкономить время и нервы.