Катушка зажигания – типы, устройство, принцип работы

Катушка зажигания является сердцем системы зажигания, т.к. обеспечивает в ней создание высокого напряжения. Катушка зажигания применяется во всех системах зажигания: контактной, бесконтактной, электронной. По своей сути катушка зажигания это трансформатор с двумя обмотками.

Различают следующие типы катушек зажигания: общая, индивидуальная и сдвоенная.

Общая катушка зажигания применяется в контактной, бесконтактной системах зажигания и электронной системе зажигания с распределителем.

Катушка зажигания имеет следующее устройство. Катушка объединяет две обмотки – первичную и вторичную. Первичная обмотка содержит от 100 до 150 витков толстой медной проволоки. Для предупреждения скачков напряжения и короткого замыкания проволока изолирована. Первичная обмотка имеет два низковольтных вывода на крышке катушки зажигания.

Вторичная обмотка имеет от 15000 до 30000 витков тонкой медной проволоки. Вторичная обмотка находится внутри первичной обмотки. Один конец вторичной обмотки соединен с отрицательной клеммой первичной обмотки, другой – с центральной клеммой на крышке, обеспечивающей вывод высокого напряжения.

Для повышения силы магнитного поля обмотки располагаются вокруг железного сердечника. Обмотки вместе с сердечником помещены в корпус с изолирующей крышкой. Для предотвращения токового нагрева катушка заполнена трансформаторным маслом.

Основными характеристиками катушки зажигания являются сопротивление обмоток, которое для каждой модели индивидуальное. Для примера, сопротивление первичной обмотки составляет порядка 3-3,5 Ом, вторичной обмотки – 5000-9000 Ом. Отклонение величины сопротивления обмотки от нормативного значения свидетельствует о неисправности катушки.

Работа катушки зажигания основана на возникновении во вторичной обмотке высокого напряжения при прохождении по первичной обмотке импульса тока низкого напряжения. При прохождении через первичную обмотку тока создается магнитное поле. При отсечке тока магнитное поле наводит во вторичной обмотке ток высокого напряжения, который выводится через центральную клемму катушки и с помощью распределителя подается к свечам зажигания.

Индивидуальная катушка зажигания применяется в электронной системе прямого зажигания. Как и общая катушка зажигания, она включает первичную и вторичную обмотки. Здесь, наоборот, первичная обмотка находится внутри вторичной. В первичной обмотке установлен внутренний сердечник, а вокруг вторичной – внешний сердечник.

В индивидуальной катушке зажигания могут располагаться электронные компоненты воспламенителя. Высокое напряжение, вырабатываемое во вторичной обмотке, подается напрямую на свечу зажигания с помощью наконечника, включающего стержень высокого напряжения, пружину и изолирующую оболочку. Для быстрого отсекания тока высокого напряжения во вторичной обмотке устанавливается диод высокого напряжения.

Сдвоенная катушка зажигания (другое наименование – двухвыводная катушка зажигания) применяется во многих конструкциях электронной системы прямого зажигания. Сдвоенная катушка имеет два высоковольтных вывода, которые обеспечивают синхронное получение искры двумя цилиндрами одновременно. При этом только один цилиндр находится в конце такта сжатия. В другом цилиндре искра происходит вхолостую на такте выпуска отработавших газов.

Двухвыводная катушка зажигания может иметь различное соединение со свечами зажигания:

• с помощью проводов высокого напряжения;
• одна свеча – напрямую через наконечник, другая – с помощью провода высокого напряжения.

Конструктивно две двухвыводные катушки могут объединяться в единый блок, который носит собственное название – четырехвыводная катушка зажигания.

Система зажигания бензиновых двигателей автомобиля

Главная  /  Учебник по устройству автомобиля  /  Глава 10. Электрооборудование и электросистемы » Подраздел 10.4 Система зажигания (только бензиновые двигатели)

Система зажигания предназначена для поджигания топливовоздушной смеси в бензиновых и газовых двигателях внутреннего сгорания. Поджог осуществляется за счет электрического разряда между электродами свечи при подведении к ней напряжения в 18000 – 20000 Вольт.

Основные составные части системы зажигания (каждый из элементов описан подробно ниже):

• выключатель зажигания;
• катушка зажигания;
• прерыватель-распределитель;
• регуляторы опережения зажигания;
• свечи зажигания;
• провода, соединяющие данные элементы.

Система зажигания с распределителем

На рисунке 10.6 приведена типичная схема системы зажигания с распределителем.

Рисунок 10.6 Контактная система зажигания двигателя с распределителем.

 Выключатель зажигания

Выключатель зажигания собран в сборе с замком зажигания. Основная функция данного выключателя — запитывание потребителей электрическим током от источников питания. Система зажигания в целом — это тоже потребитель электротока. Как видно из схемы ниже, через выключатель от источника питания запитывается первичная обмотка катушки зажигания.

 Катушка зажигания

По сути, катушка зажигания — это трансформатор, который преобразует низкое напряжение от бортовых источников питания (12 В) в напряжение, достаточное для получения мощной искры между электродами свечи, необходимой для поджигания топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Достаточное напряжение – это 20 – 30, а то и 60 тысяч вольт.

Для такого рода преобразования в корпусе катушки имеются две обмотки – первичная и вторичная, а также сердечник. Каждая обмотка имеет различное количество витков и сечение проводов.

Когда вы поворачиваете ключ и включаете зажигание от аккумуляторной батареи, электрический ток поступает на первичную обмотку и через контакты замыкается на «массу». При прохождении через первичную обмотку тока вокруг катушки создается электромагнитное поле. Как только контакты разомкнутся и течение тока через первичную катушку резко прекратится, во вторичной катушке возникнет необходимое напряжение и ток. И уже ток в 30 и более тысяч вольт от вторичной обмотки катушки зажигания потечет через распределитель к свече зажигания.

 Прерыватель-распределитель

Прерыватель-распределитель (в простонародии — «трамблер») предназначен для того, чтобы прерывать и распределять: прерывать — ток, текущий через первичную обмотку катушки зажигания, распределять – ток от вторичной катушки зажигания между свечами зажигания в той последовательности, которая предусмотрена порядком работы двигателя. В центр крышки распределителя подсоединен высоковольтный провод от вторичной обмотки катушки зажигания, а по периметру крышки расположены выводы, которые через высоковольтные провода соединены со свечами зажигания.

Прерыватель может быть контактным и бесконтактным. В контактном прерывателе разрыв цепи первичной обмотки катушки зажигания происходит за счет контактов, что очень ненадежно.

Примечание
Причина ненадежности контактов в том, что исчезающее магнитное поле пересекает витки не только вторичной, но и первичной обмотки, вследствие чего в ней возникает ток самоиндукции и напряжение около 250-300 вольт. Это приводит к искрению и обгоранию контактов, кроме того, замедляется прерывание тока в первичной обмотке, что приводит к уменьшению напряжения во вторичной обмотке. Конечно, это решается установкой конденсатора (обычно емкостью в 0,25 мкф). Однако все-таки имеет место такое явление, как эрозия – постепенное разрушение поверхности контактов, вследствие которого контакты прилегают неплотно и понижается напряжение, возникающее во вторичной обмотке катушки зажигания.

Чтобы исключить механическую составляющую прерывателя, вместо контактов установили специальное устройство, называемое датчиком Холла. Никаких контактов, только управляющие импульсы, которые контролируют работу катушки зажигания.

 Регуляторы опережения зажигания

Для того чтобы топливовоздушная смесь успела сгореть, пока поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, ее необходимо поджигать немного раньше. Основным показателем момента зажигания является угол опережения зажигания, который говорит нам о том, за сколько градусов до ВМТ на такте сжатия возникнет пробой между электродами свечи.

В распределителях описанного выше типа изменение угла опережения зажигания осуществляется механическим путем — проворачиванием контактов относительно приводного вала в ту или иную сторону.

 Свечи зажигания

Элемент, благодаря которому в цилиндре поджигается топливовоздушная смесь, называется свечой зажигания. Устройство этого элемента простейшее (смотрите рисунок 10.7): корпус с нарезанной резьбой и электродом (отрицательным, так как контактирует с «массой» — головкой блока цилиндров), изолятор, внутри которого проходит положительный электрод. К этому электроду с одной стороны через наконечник подсоединен высоковольтный провод системы зажигания. Положительный электрод расположен рядом с отрицательным электродом (воздушный зазор между ними составляет 0,8-1,2 мм — в зависимости от модели свечи). Когда от распределителя зажигания высоковольтный разряд по проводу подводится к положительному электроду, воздушный зазор пробивается, то есть возникает искра — довольно мощная, чтобы поджечь топливовоздушную смесь.

Рисунок 10.7 Свеча зажигания.

Микропроцессорная система зажигания

Как уже не раз было сказано, развитие автомобилестроения движется семимильными шагами и на смену системе зажигания с распределителем пришли микропроцессорные системы. В них нет каких-либо вращающихся и подвижных частей (смотрите рисунок 10.8), но есть катушки зажигания (все чаще — по катушке на каждый цилиндр), электронный блок управления (с интегрированным блоком зажигания) и коммутатор (если блок катушки зажигания один) или коммутаторы (если катушек зажигания несколько).

Рисунок 10.8 Система зажигания с микропроцессорным управлением.

В электронный блок управления стекаются данные от ряда датчиков, обрабатывая которые ЭБУ выдает управляющий сигнал на коммутатор (или коммутаторы), определяющий, в какой момент поджечь в цилиндре топливовоздушную смесь. Получение каждого искрового разряда производится по электронным сигналам с очень высокой точностью и без использования каких-либо подвижных частей. Во многих двигателях искра образуется не только во время такта сжатия (это значит, что каждая свеча генерирует искровой разряд каждый раз, когда поршень доходит до ВМТ). Содержание вредных компонентов в отработавших газах при этом несколько снижается.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.
comments powered by Disqus

Роберт Бош | Немецкий инженер

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Что такое система зажигания?

Система зажигания представляет собой набор компонентов, которые участвуют в процессе воспламенения воздушно-топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания. Поскольку есть два основных типа двигателей внутреннего сгорания, есть также два основных типа систем зажигания, а затем несколько других подтипов. Двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием можно разделить на системы зажигания магнето и системы зажигания и катушки, в то время как дизельные двигатели используют сжатие для воспламенения воздушно-топливной смеси.

Содержание

История системы зажигания

9012 2 «Пистолет Вольта» — очень ранний пример концепции искрового зажигания.

Поскольку системы зажигания состоят из множества различных компонентов, множество различных движущихся частей должны были собраться вместе, прежде чем их можно было разработать. Один из самых ранних примеров некоторых основных принципов, используемых в системах искрового зажигания, восходит к 1780 году, когда Алессандро Вольта построил игрушечный электрический пистолет, в котором использовалась электрическая искра для воспламенения смеси водорода и воздуха для выстреливания пробки.

Хотя Алессандро Вольта продемонстрировал, как электрическая искра может использоваться для приведения в движение того, что по сути представляет собой поршень, до разработки системы зажигания необходимо было изобрести два основных компонента. Первым компонентом было магнето — устройство, использующее магниты для генерации электрического тока. Фарадей впервые продемонстрировал, как движущееся магнитное поле может генерировать ток, в 1831 году, но первая система зажигания от магнето появилась только в 1890-х годах.

Еще одним переломным моментом в истории системы зажигания стало изобретение свечи зажигания в 1860 году. Этот компонент, широко распространенный в современных двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием, был разработан бельгийским инженером Этьеном Ленуаром для его бензинового двигателя.

На рубеже веков Рудольф Дизель разработал цикл Дизеля. В отличие от бензиновых двигателей, в которых используется цикл Отто, дизельные двигатели используют сжатие, а не искру для воспламенения воздушно-топливной смеси. Это привело к разработке совершенно другого типа системы зажигания, в которой иногда используются такие компоненты, как свечи накаливания, для облегчения зажигания.

В начале 20-го века основные системы зажигания от магнето были преобразованы в переключаемые системы. Эти системы можно было вручную переключать с использования сменных сухих батарей для запуска двигателя и его работы на низких скоростях на использование зажигания от магнето на более высоких скоростях.

Следующее важное событие в истории системы зажигания произошло в 1910 году, когда компания Cadillac представила двигатель, в котором использовалась батарея и зажигание катушечного типа. Эта система имела все те же основные части, которые использовались более полувека, включая катушку с батарейным питанием, конденсатор, точки и распределитель. Как и в современных системах зажигания, катушка генерировала ток, необходимый для возникновения искры, точки действовали как переключатель, запускающий катушку, а распределитель посылал искру в нужный цилиндр в нужное время.

Современные системы зажигания используют электронное зажигание вместо механических устройств, таких как точки. Первая электронная система зажигания была разработана компанией Delco-Remy в 1948 году, но какое-то время они не начали появляться на легковых и грузовых автомобилях. Один из первых экземпляров электронной системы зажигания был предложен компанией Pontiac в 1963 году, и в том же году появилась первая твердотельная система.

Системы зажигания с катушкой на свече являются относительно недавней разработкой в ​​истории систем зажигания.

Следующим крупным достижением стало внедрение систем зажигания с электронным управлением. Эти системы начали набирать популярность в 1990-х годах, и теперь они используются во всей автомобильной промышленности. Вместо того, чтобы использовать распределитель для направления тока от одной катушки, в этих системах используются блоки катушек с компьютерным управлением, каждая из которых подключена к одной или двум свечам зажигания.

Компоненты системы зажигания

Поскольку существует несколько различных типов систем зажигания, не каждый двигатель имеет одинаковые компоненты системы зажигания. Двумя основными типами систем зажигания являются искровое зажигание и воспламенение от сжатия, а также существует ряд различных типов систем искрового зажигания.

Компоненты системы зажигания магнето

Компоненты системы зажигания магнето обычно включают:

• магнето высокого напряжения
• конденсатор
• один или несколько прерывателей контактов (свечи зажигания)
• дистрибьютор

Основные компоненты системы зажигания магнитного типа.

В основных системах зажигания магнето магнето высокого напряжения генерирует электрический ток, который проходит через прерыватель контактов (свечи зажигания) для образования искры и воспламенения воздушно-топливной смеси. Эти системы были популярны на заре автомобилестроения, но больше не используются в автомобилях. Эти системы часто используются в небольших двигателях, таких как газонокосилки, поскольку для процесса зажигания не требуется батарея.

Компоненты переключаемой системы зажигания

Переключаемые системы являются гибридными, поэтому они обычно включают:

• магнето
• одна или несколько сухих батарей
• катушка
• дистрибьютор
• два комплекта свечей зажигания

Переключаемое зажигание от магнето представляло собой гибрид систем зажигания от магнето и батареи/катушки.

Одним из основных недостатков систем зажигания от магнето является фиксированный угол опережения зажигания. Чтобы помочь справиться с этой ситуацией, не отказываясь при этом от предполагаемой надежности магнето, некоторые автомобили были оснащены переключаемыми системами. Эти системы зажигания представляли собой гибриды магнето и катушки зажигания, и они обычно позволяли водителю переключаться с катушки на магнето после того, как автомобиль уже был запущен и двигался.

Компоненты системы зажигания с аккумулятором и катушкой

Традиционные системы с аккумулятором и катушкой обычно включают:

• катушку
• балла
• конденсатор
• дистрибьютор
• крышка распределителя
• ротор
• провода свечей зажигания
• свечи зажигания

Основные компоненты аккумуляторной и катушечной системы зажигания.

Системы зажигания с батареями и катушками действительно стали популярными после того, как появилась современная электрическая система, поскольку наличие батареи и способ ее зарядки (сначала генератор, а затем генератор переменного тока) сделали этот метод зажигания надежным. Эти системы используют напряжение батареи и катушку для генерации высокого тока, необходимого для того, чтобы перепрыгнуть зазор в свече зажигания, а возникающая искра — это то, что воспламеняет воздушно-топливную смесь.

Традиционные системы батарей и катушек были полностью механическими по своей природе, а это означает, что они использовали точки для активации катушки. Эти точки расположены внутри распределителя, и их необходимо регулярно заменять, поскольку они изнашиваются при обычном использовании.

Компоненты электронной системы зажигания

Электронные системы зажигания отказались от механических компонентов, поэтому они включают:

• катушку
• модуль зажигания
• дистрибьютор
• крышка распределителя
• ротор
• провода свечей зажигания
• свечи зажигания

Основное различие между электронным зажиганием и традиционным зажиганием от батареи и катушки заключается в отсутствии точек. Эти системы по своей природе полностью твердотельные, и в них обычно используется модуль зажигания и какой-либо датчик или датчик внутри распределителя, чтобы определить, когда катушку необходимо активировать.

Современные системы зажигания без распределителя с электронным управлением аналогичны, но в них вообще отсутствует распределитель. Вместо распределителя в этих системах есть катушки, которые активируются компьютерным управлением. Они также имеют более одной катушки. У некоторых из них по одной катушке на цилиндр, а у других по одной катушке на каждые два цилиндра. В этих случаях используется система «отработанной искры», которая включает одновременное зажигание двух свечей зажигания, хотя только одна находится в цилиндре на такте сгорания.

Компоненты системы зажигания дизельного двигателя

В дизельных двигателях используется воспламенение от сжатия, а не от искры, поэтому они существенно отличаются. Эти системы впрыскивают воздушно-топливную смесь в цилиндр, который затем сжимается до такой степени, что становится настолько горячим, что воспламеняется без искры.

Дизельные системы зажигания часто включают в себя свечи накаливания.

Несмотря на то, что дизельные системы зажигания относительно просты, они иногда включают компоненты, облегчающие запуск, когда двигатель особенно холодный. Одним из таких компонентов является свеча накаливания, представляющая собой небольшой электрический нагреватель, который устанавливается либо в предкамере, либо непосредственно в камере сгорания. Хотя свечи накаливания могут внешне выглядеть как свечи зажигания, их единственная функция заключается в обеспечении достаточного количества тепла для процесса воспламенения от сжатия.

В некоторых дизельных двигателях также используются нагреватели впускного коллектора или впрыск эфира для запуска процесса сгорания.

Отказ системы зажигания

Поскольку системы зажигания состоят из множества различных частей, существует множество различных потенциальных точек отказа. Когда катушка неисправна, на катушке не будет искры. Когда распределитель или ротор выходит из строя, на одном или нескольких проводах свечи зажигания не будет искры. Сами провода штепсельной вилки также могут выйти из строя, и в этом случае они могут замкнуться на массу или вообще разорвать контакт.

Чтобы диагностировать неисправность системы зажигания, необходимо использовать методический подход, чтобы устранить один потенциально неисправный компонент за другим, пока виновник не будет окончательно обнаружен.