Катушка зажигания: что это, зачем нужна, признаки неисправности
Как работает и отчего ломается катушка зажигания
Вероятно, все знают, что в тепловых двигателях есть свечи, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь. А что делает катушка зажигания? Для чего она нужна?
Известно, что для того чтобы выработать искру, через свечу проходит мощный электрический разряд, для которого требуется напряжение более 15 000 вольт. Его как раз и обеспечивает катушка зажигания, или просто катушка.
Принцип ее действия изобрел в XIX веке немецкий инженер Генрих Румкорф. Исторически это одна из самых старых деталей в двигателе. В начале ХХ века ею заменили магнето.
Как это работает
Катушка зажигания работает как обратный трансформатор. Ее функционал – преобразовать низкое напряжение, поступающее от аккумуляторной батареи или генератора, в высокое.
Смотрите такжеЧто делать если автомобиль не заводится?
Конструктивно устройство состоит из двух катушек и железного сердечника. Катушка представляет собой обмотку из медной проволоки. Обе катушки вложены друг в друга, внутри находится железное ядро. Одна катушка называется первичной, она имеет относительно мало витков. При включении зажигания напряжение составляет 12 вольт, что соответствует напряжению бортовой сети автомобиля. Ток проходит через катушку, образуется магнитное поле. Для запуска искры происходит следующее: ток резко отключается, что вызывает разрушение магнитного поля. Это вызывает напряжение во второй, или вторичной бобине. Она имеет значительно большее количество витков, чем первичная, и напряжение колеблется от 15000 до 30000 вольт.
За включение и выключение первичного тока первоначально отвечал механический контакт, контакт прерывания. Его настройка была сложной, необходимо было найти оптимальное расстояние до контакта, чтобы время создания магнитного поля – и значит, время зажигания – не было слишком коротким. К тому же срок службы такого контакта был сравнительно небольшим – не более 15 000 километров.
Смотрите такжеЧетыре простых совета, после которых ваш автомобиль поедет гораздо лучше
Начиная с середины 1970-х годов, производители начали использовать электронику. В середине 1980-х инженеры связали воспламенитель с системой впрыска и контролировали процесс через «цифру». Однако микроэлектроника работает только с небольшими потоками, а катушка зажигания нуждается в 5 амперах. Так появился новый компонент: усилитель мощности. Он функционирует примерно так же, как усилитель в стереосистеме.
Через несколько лет стал лишним распределитель зажигания, и каждая свеча получила свою собственную катушку зажигания. В этом был ряд преимуществ. Напряжение зажигания генерируется там, где необходимо, отсутствует высоковольтный кабель. Кроме того, увеличилось время зарядки и, несмотря на меньший размер, искра получалась более сильной. Такие одиночные катушки зажигания обычно также включают усилитель мощности. Для двигателей с тремя или четырьмя цилиндрами они часто объединяются в один корпус, в противном случае они устанавливаются отдельно над свечой зажигания.
Отчего они ломаются
Прежде всего из-за жары и/или вибрации. Кроме того, в старых автомобилях с одной катушкой достаточно было забыть выключить зажигание. В то же время, когда контакт прерывания был закрыт, ток постоянно протекал через первичную катушку и вызывал нагревание. Настолько, что могло случиться возгорание. Нынешние одиночные катушки установлены непосредственно на свечах зажигания, то есть на двигателе. Это означает, что они также постоянно нагреваются и подвергаются сильной вибрации.
Поначалу разработчики в недостаточной степени оценили негативные возможности этой нагрузки. И в ряде моделей автомобилей дефектной оказалась вся система зажигания. Проблемы вызывали выгоревшие концевые выключатели, а также моторное масло. Плохие уплотнители оставляют масло в колодце свечи зажигания, где оно разрушает изоляцию катушки. Еще одной проблемой может стать вода, во время мойки например. Попав под высоким давлением на катушку, она может вызвать короткое замыкание.
Как определить, что катушка неисправна?
Верный симптом неисправности – неравномерная работа двигателя, или «троение». Во время работы двигателя в темное время проявляются «дорожки пробоя» на кузове. К другим негативным признакам относятся перегрев конструкции, появление трещин или сколов. В старых автомобилях с одной катушкой двигатель может просто встать. На современных моделях с одиночными катушками этого практически не случается, двигатель может работать с перебоями. Но все же работать.
Словом, если вы чувствуете, что двигателю совсем худо, он «заикается», работает рывками, не искушайте судьбу. Ездить с такой проблемой нельзя! Необходима квалифицированная диагностика. Тем более необходимо выяснить, «виновата» ли катушка зажигания, а не, допустим, свеча. В этом случае многие симптомы совпадают.
Можно ли починить катушку зажигания?
В принципе, можно. Раньше существовали даже специальные мастерские, где бобины заново перематывались. Однако сегодня это скорее экзотика. Проще и надежнее купить и поставить новую. Это не слишком дорого.
Если вы не сильны в электротехнике, вернее всего доверить установку новой катушки специалисту сервисного центра. Особенно если вы владелец нового авто с индивидуальной системой зажигания. Пусть это стоит денег, но зато вы будете уверены в том, что все сделано правильно и с гарантией.
Как устроен модуль зажигания?
0 21 Января 2016
Как устроен модуль зажигания?
- Как устроен модуль зажигания?
- 1. Принцип действия модуля зажигания
- 2. Конструкция модуля зажигания
- 3. Основные неисправности модуля зажигания
- 4. Как проверить модуль зажигания
- 5. Рекомендации по эксплуатации модулей зажигания
Доброго времени суток, уважаемые читатели! Все мы знаем, что в конструкции автомобиля нет ненужных деталей, и все они предназначены для выполнения конкретной миссии. Вот и модуль зажигания в этом плане не стал исключением. Этот сравнительно небольшой механизм, который часто называют катушкой, является основным компонентом бесконтактной системы зажигания и предназначен для генерации высокого напряжения, что способствует появлению искры на свечах зажигания. Из этой статьи вы узнаете об устройстве и принципе действия модуля, а также сможете получить информацию о наиболее типичных его неисправностях и способах их диагностики.
- 1. Принцип действия модуля зажигания
- 2. Конструкция модуля зажигания
- 3. Основные неисправности модуля зажигания
- 4. Как проверить модуль зажигания
- 5. Рекомендации по эксплуатации модулей зажигания
1. Принцип действия модуля зажигания
—>Учитывая, что на сегодняшний день существует несколько видов систем зажигания, логично предположить, что и модули у них разные. К примеру, раздельные модули предусматривают наличие одной катушки для каждой свечи зажигания, а блочные – одной для двух или всех цилиндров. В былые времена на транспортных средствах устанавливалась только одна катушка зажигания, а ее энергия передавалась свечам с помощью специального распределителя. Однако, такие системы имели один существенный минус – низкую надежность, из-за чего на автомобили начали устанавливать электронное (транзисторное) зажигание.
В современных системах контроль работы модуля осуществляется посредством электронного блока управления, который подает на его обмотки постоянный ток. В соответствии с законами индукции, происходит генерирование высокого напряжения, после чего оно в нужный момент подается на свечу.
Блок управления создает для модуля низковольтные сигналы управления, предварительно согласованные с положением коленвала. Конец сигнала – это начало искрового зажигания, а длительность процесса определяется уровнем заряда катушки и зависит от напряжения бортсети транспортного средства. Особенность рабочего процесса модуля зажигания заключается в одновременной подаче сразу двух искр: на одну группу свечей она подается в ходе максимального сжатия топливовоздушной смеси, а на вторую – на такте выпуска («холостая искра»). Причем «рабочие» свечи подсоединены к первому и четвертому цилиндрам (зона влияния первой катушки), а «холостые» – ко второму и третьему (зона ответственности второй катушки).
2. Конструкция модуля зажигания
Модуль зажигания представлен в виде электротехнической конструкции большого объема, которая собирает необходимое количество электротока с напряжением до 30000 Вт. Передача такого высокого напряжения осуществляется посредством высоковольтных проводов. Конструкция модуля зажигания объединяет в себе две катушки зажигания, два коммутатора и выходы на высоковольтные провода. Каждая катушка связана с двумя цилиндрами: 1-я с первым и четвертым, а 2-я со вторым и третьим.
В таких механизмах нет подвижных элементов, что положительно сказывается на сроке его службы, ведь модуль зажигания не требует регулировок, а управление его работой осуществляется электронным путем (зажиганием системы руководит специальный контроллер, считывающий информацию с датчиков двигателя). Электронные модули более надежны и эффективны, а срок их службы сравнительно большой. Они реже ломаются и обладают отличными показателями качественной работы.
3. Основные неисправности модуля зажигания
Хоть модуль зажигания и обладает высокими показателями надежности, но он все же иногда выходит из строя. Как показывает практика, чаще всего появление проблем обусловлено установкой компонентов с неподходящими параметрами. Например, высоковольтные провода с очень низким или, наоборот, чересчур высоким сопротивлением могут с легкостью привести к поломке катушки, а решить проблему сможет только полная замена модуля. Кроме того, правильный выбор свечей также играет важную роль в исправном функционировании модуля, ведь слишком большой искровой зазор может вызвать поломку не только катушки, но и других элементов.
Система зажигания современного транспортного средства и правда очень надежная, но только в том случае, если ее ремонт и обслуживание проводятся квалифицированными специалистами. Неисправность модуля зажигания – довольно распространенная причина поломок автомобиля, в результате которой приходится обращаться за помощью к специалистам автосервиса. Существует два вида неполадок в работе модулей зажигания – это полный отказ (искра на свечах отсутствует) или частичное отклонение от рабочих параметров (искра присутствует).
В первом случае, определить проблему можно довольно быстро, в чем помогут различные методы и приборы, имеющиеся в арсенале автоэлектрика. А вот во втором случае все несколько серьезнее. В отличие от полного рабочего отказа, при частичных неисправностях автомобильный мотор может заводиться и даже стабильно работать на «холостых», но стоит лишь добавить нагрузку, и проблемы станут более явными. Как правило, неисправность модуля вызывает потерю зажигания сразу в двух цилиндрах, то есть вылетает один канал.
4. Как проверить модуль зажигания
Проверить работоспособность модуля зажигания своего транспортного средства вполне реально и в «домашних условиях», причем сделать это можно несколькими способами. Для начала осмотрите свечи, и если на них заметен нагар – это результат слабой искры, которую можно заметить визуально (цвет искры будет иметь слабый синий цвет). Также следует проверить степень сопротивления модуля зажигания между разъемами 1 и 4, 2 и 3. Если полученные значения не будут соответствовать норме (5,5 – 6,5 КОм), значит, причина проблемы кроется в замыкании второй обмотки.
Кроме того, на работу модуля может влиять и сила сопротивления высоковольтного провода, причем неважно, в какую сторону смещается этот показатель. И сильное, и слабое сопротивление в равной степени крайне нежелательно.
Наиболее простым вариантом диагностики есть замена неисправного модуля на его исправный аналог, после чего нужно сравнить полученный результат с предыдущим. Указанные методы проверки модуля зажигания не отличаются особой сложностью и могут использоваться в «полевых условиях», главное, чтобы под рукой всегда был стандартный «чемоданчик» автолюбителя.
5. Рекомендации по эксплуатации модулей зажигания
Чтобы модуль зажигания транспортного средства служил долго и не «болел», автовладельцу следует учитывать правила его эксплуатации. Прежде всего, запомните! Нельзя без запуска мотора оставлять зажигание включенным на долгое время. Это отрицательно сказывается на «самочувствии» катушек зажигания и, в конечном счете, приведет к их поломке. Также, периодически необходимо проверять состояние этих деталей. В случае необходимости элементы следует очистить от грязевых отложений и заменить изношенные детали. Особое внимание уделите высоковольтному проводу и целостности корпуса (в него не должна попадать влага).
Обратите внимание! Ни в коем случае при включенном зажигании не пытайтесь отсоединить высоковольтный провод голыми руками, безопасность всегда должна быть на первом месте.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Для чего нужен модуль зажигания
Второе назначение модуля стабилизации искры, после стабилизации искрового разряда свечи исправного автомобиля, состоит в том, чтобы «приглушить» возможные неисправности в работе системы зажигания, такие как пробой высоковольтного провода, катушки зажигания из-за поврежденных пластин трансформатора(коррозия), пробоя свечи зажигания и неравномерной искры по сердечнику в результате сбойного сигнала.
(модуль Lada)
Именно во время сбоя происходит истончение изоляции высоковольтного провода, со стремлением к его пробою. Этот сбой может быть связан как со старением проводки, микросхем и соединений, который проявляется как под нагрузкой, например при резком старте, либо несоответственно подобранным оборотам двигателя ко включенной передаче, так и с внешними нагрузками на цепь питания автомобиля в движении под нагрузкой и на холостом ходу, такими как мощная аудио-система, нештатный свет, и др.
В результате подобных сбоев, в цилиндре ДВС происходит некачественное образование искры и несвоевременное поджигание топливно-воздушной смеси.
Как следствие топливо сгорает не полностью, возникает детонация, которая вынуждает ЭБУ корректировать параметры впрыска и угол зажигания. ЭБУ в свою очередь, опираясь на данные, полученные с датчиков детонации и лямбда-зонда, кратковременно увеличивает, либо уменьшает подачу топлива, из-за чего возможен «провал» в работе ДВС, и, соответственно рост расхода топлива, что сопровождается резким запахом бензина в выхлопных газах. А следствие детонации — не что иное, как резкое сокращение ресурса цилиндро-поршневой группы и ДВС в целом.
(модуль Kia, Hyundai)
Особенно актуально использование Модуля стабилизации искры в новых автомобилях.
Современная тенденция показывает, что в условиях жесткой конкуренции в автомобильной промышленности идёт тотальная экономия на производстве, а следовательно частота и уровень просадки имеют довольно высокий показатель, что подтверждено многочисленными тестами наших специалистов, в том числе и на стенде измерения мощности автомобилей. В современном мире производителем заведомо предопределен ресурс элементов системы зажигания, после истечения которого требуется неотложное обслуживание.
На графике изображен сигнал осциллографа, снятый специалистами нашей лаборатории с цепи питания исправной катушки зажигания:
— по графику можно увидеть падение напряжения во время искрового разряда до 1.4В, а среднее напряжение на катушке зажигания 13.9В.
Следующий график показывает уже стабилизированный сигнал цепи питания с помощью модуля стабилизации искры:
— падение напряжения сократилось до 0.6В, а среднее увеличилось до 14.3В, на 20% увеличилось время горения искры
Важную роль модуль играет в защите катушек зажигания от внезапного выхода из строя. Так же, на модуль возложена защита блока управления двигателя(ЭБУ) от возможных проблем с катушками зажигания, в этом случае барьером между катушкой зажигания и ЭБУ выступит модуль стабилизатора.
На следующем графике показаны результаты тестирования автомобиля на динамометрическом стенде измерения мощности двигателя Bapro:
— на графике отображены результаты двух тестов, толстыми линиями показан тест с модулем стабилизации искры, тонкими — без модуля. В результате применения модуля стабилизации искры, отчетливо прослеживается динамика незначительного увеличения крутящего момента (красная линия) и мощности двигателя (черная линия).
Применение модуля особенно актуально при использовании некачественного топлива, и ГБО, потому как газовое топливо весьма требовательно к качеству искры.
Стоит обратить внимание, что Модуль стабилизации искры лишь «помогает» двигателю работать, стабилизируя искру, поэтому, несмотря на улучшения в работе после установки модуля, мы настоятельно рекомендуем проводить регулярный осмотр и делать своевременную замену элементов таких систем, как зажигание, очистка и питание вашего автомобиля, согласно сервисной документации от завода-изготовителя.
Устройство автомобилей
Бортовая электрическая сеть современных автомобилей питается источниками тока напряжением 12 В. Однако, для пробоя искрового промежутка (зазора) между контактами свечи зажигания требуется напряжение в несколько тысяч вольт, поскольку воздух и смеси газов, составляющие рабочую смесь, имеют значительное электрическое сопротивление. По этой причине в системах зажигания двигателей с принудительным воспламенением рабочей смеси используют специальные трансформаторы – катушки зажигания, которые преобразуют низковольтное напряжение бортовой сети в высоковольтное напряжение, подаваемое к свечам зажигания для искрообразования.
Как и любой трансформатор, катушка зажигания способна преобразовывать напряжение только при переменном токе, изменяющемся по величине или (и) направлению. Такой ток (изменяющийся по величине) возникает в низковольтной цепи катушки зажигания в моменты разрыва и смыкания цепи с помощью контакторов прерывателя-распределителя, или импульса, поступающего от электронного блока управления (в двигателях с ЭСУД).
Современные катушки зажигания изготовляются на номинальное напряжение 12 В. Все катушки зажигания, используемые в системах зажигания автомобильных двигателей с принудительным воспламенением рабочей смеси, имеют аналогичную конструкцию, отличаясь лишь обмоточными данными, конструкцией отдельных узлов и деталей, а также наличием дополнительных устройств, габаритными и установочными размерами.
Основными частями катушки зажигания (рис. 1) являются: сердечник 6 первичной 4 и вторичной 3 обмотками, крышка 12 с выводами 1, 11, 14 низкого и 13 высокого напряжения.
Обычно применяются катушки зажигания, оснащенные добавочным резистором 8, смонтированным в керамическом изоляторе 9. Сердечник 6 катушки зажигания, как правило, набирают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга окалиной. Тем самым уменьшаются вихревые токи, образующиеся при пульсациях магнитного потока. Сверху сердечника расположена трубка 10 из электротехнического картона, на которую в несколько слоев намотана вторичная обмотка 3. Она выполняется из эмалированного провода марки ПЭЛ диаметром 0,06…0,1 мм и имеет большое число витков (17500…26000).
Для улучшения изоляции слои вторичной обмотки отделены друг от друга конденсаторной бумагой. Первые и последние восемь рядов, где возникают потенциалы наибольшей величины, изолируются четырьмя-шестью слоями бумаги, остальные – двумя слоями. Для уменьшения напряжения между слоями витки первых и последних четырех рядов наматываются с интервалом 1…2 мм.
Поверхность вторичной обмотки изолируют лакотканью и кабельной бумагой. Фарфоровый изолятор 5 предотвращает возможность пробоя вторичной обмотки на кожух 7. Поверх вторичной обмотки намотана первичная обмотка 4 (провод марки ПЭЛ диаметром 0,57…0,77 мм), состоящая из небольшого числа витков (250…300). Межслойная изоляция первичной обмотки представляет собой кабельную бумагу. Размещается первичная обмотка ближе к кожуху 7 для лучшего охлаждения катушки. Вокруг первичной обмотки расположен магнитопровод 2, состоящий из двух разрезанных по оси тонкостенных цилиндров, выполненных из трансформаторной стали.
Все элементы конструкции катушки зажигания находятся в металлическом кожухе 7. Герметичность обеспечивается прокладкой между кожухом 7 и карболитовой крышкой 12. Внутренняя полость большинства катушек заполнена трансформаторным маслом.
Рис. 1. Катушки зажигания: 1 — низковольтный вывод; 2 — наружный магнитопровод; 3 — вторичная обмотка; 4 — первичная обмотка; 5, 9 — изоляторы; 6 — сердечник; 7 — кожух; 8 — добавочный резистор; 10 — контактная пластина высокого напряжения; 11, 14 — низковольтные выводы «ВК» и «ВК-Б»; 12 — крышка; 13 — наконечник высоковольтного вывода; 15 — шинки
Добавочный резистор 8 служит для предотвращения падения напряжения в низковольтной цепи зажигания при пуске двигателя стартером. Он выполняется в виде спирали из нихромовой или никелевой проволоки и крепится в двух половинах керамического изолятора 9. Концы спирали приварены к двум шинкам 15 посредством которых резистор присоединяют к низковольтным выводам 11 и 14 катушки зажигания.
Все катушки зажигания располагаются на карболитовой крышке 12. Вторичная обмотка присоединяется к высоковольтному выводу 13 катушки зажигания. Общий конец первичной и вторичной обмоток соединен с выводом 1. Первичная обмотка соединена с выводом 11. К выводу 14 присоединена только шинка добавочного резистора.
Выводы 1 и 13 не маркируются. Маркировка вывода 11 – «ВК», вывода 14 – «ВК-Б».
На крышке катушки зажигания Б-117 (рис. 1, а), не имеющей добавочного резистора 8, расположены выводы 1, 13 и вывод «+», к которому присоединен конец первичной обмотки.
Катушка зажигания 27.3705, применяемая в системах бесконтактного зажигания, аналогична по конструкции катушке зажигания контактной системы зажигания. Соединение обмоток выполнено по автотрансформаторной схеме.
Особенностью конструкции является относительно низкое сопротивление первичной обмотки (0,5 Ом), что позволяет получать стабильные выходные характеристики при уменьшении напряжения питания до 6 В. В конструкции предусмотрена защита катушки зажигания от взрыва при выходе из строя электронного коммутатора.
Модули зажигания инжекторных двигателей
Существенно отличаются от традиционных конструкция и технология изготовления катушек зажигания для систем с низковольтным распределением. Например, двухвыводная катушка зажигания 29.3705, применяемая в составе микропроцессорной системе управления двигателем ВАЗ-21083 (рис. 1, б), выполнена по специальной технологии, включающей пропитку обмоток эпоксидными компаундами и последующую опрессовку обмоток морозостойким полипропиленом, образующим собственно корпус катушки. Поскольку такие катушки оснащаются встроенными коммутаторами, их называют модулями зажигания.
Модуль зажигания состоит из корпуса, внутри которого находятся две двухвыводные катушки зажигания и двухканальный коммутатор (два высоковольтных электронных коммутирующих блока). Коммутатор служит для включения и выключения тока в первичной обмотке катушки зажигания. На корпусе выполнены четыре высоковольтных вывода катушек зажигания, которые соединяются со свечами зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя.
К двум выводам одной обмотки присоединяются провода на первый и четвертый цилиндр, к двум выводам другой обмотки провода на второй и третий цилиндр. Искра проскакивает за рабочий цикл дважды в каждом цилиндре — во время такта сжатия — рабочая искра, поджигающая рабочую смесь, на такте выпуска – холостая искра.
Токоподающий и управляющие провода от блока управления присоединены к модулю через соединительную колодку.
Модуль зажигания работает по следующему принципу.
Контроллер рассчитывает необходимое время включенного состояния в зависимости от текущих оборотов коленчатого вала и напряжения бортовой сети и подает на коммутатор управляющий сигнал. В течение времени включенного состояния (времени накопления) ток в первичной обмотке катушки зажигания возрастает до заданного оптимального значения, при котором величина запасаемой энергии достигает максимума. Если время накопления слишком велико, то катушка зажигания будет работать с насыщением, что приведет к ее перегреву и снижению КПД.
Таким образом, обработав сигналы датчиков (ДПКВ, ДМРВ, температуры, детонации и др.), блок управления рассчитывает оптимальный угол опережения зажигания и подает команду на модуль зажигания о срабатывании первой или второй пары катушек. Модуль зажигания формирует импульсы высокого напряжения и через высоковольтные провода подает их на соответствующие свечи зажигания.
Неисправный модуль зажигания приводит к затрудненному запуску холодного двигателя, рывкам и провалам при разгоне особенно на непрогретом двигателе (рывки могут исчезнуть после прогрева двигателя, а вместе с ним и модуля зажигания), неустойчивой работе двигателя на холостом ходу (особенно при прогреве), повышенному расходу топлива. Пропуски искрообразования ведут к выбросу богатой смеси в нейтрализатор, что приводит к выходу его из строя.
При появления подозрения на неисправность модуля зажигания следует вначале проверить высоковольтные провода, свечи зажигания, электрическую цепь модуля.
Дальнейшее улучшение характеристик катушек зажигания направлено на совершенствование конструкции и технологии производства катушек зажигания с замкнутой магнитной системой, обладающих большими коэффициентами передачи энергии и длительностью искрового разряда по сравнению с катушками с разомкнутой системой и одинаковой запасаемой энергией в первичной цепи.