Все про автомобільну котушку запалювання

В системі запалювання котушка виконує функцію джерела високовольтної напруги, що використовується для підпалу паливно-повітряної суміші в циліндрі двигуна. Можна сказати, що котушка – центральний елемент усієї системи запалювання, незалежно від її конструкції і типу.

Призначення

В бензинових двигунах паливо в циліндрі вимагає підпалювання, для чого використовуються іскрові свічки запалювання. Для створення заповітної іскорки потрібно багато енергії: близько 10-50 тис. вольт, щоб розряд на електродах свічки був досить потужним. Джерелом такої напруги і є котушка запалювання, що перетворює 12-вольтний ток від автомобільного акумулятора на високовольтний. Від стабільності роботи котушки залежить і робота двигуна: не буде іскри – не буде і руху.

Пристрій, принцип роботи

Принципова конструкція котушки запалювання однакова для всіх модифікацій, незалежно від різниці в конструкції:

• Первинна обмотка (зовнішній шар) з 250-400 витків товстого (Ø 0,8 мм) мідного дроту;
• Вторинна обмотка (внутрішній шар) з 19-25 тис. витків тонкого (Ø 0,1 мм) мідного дроту, ізольованого від первинної обмотки;
• Внутрішній металевий сердечник з шаруватої трансформаторної сталі;
• Зовнішній кільцевий сердечник (магнітопровід);
• Клеми низької напруги для струму від акумулятора (генератора) і на «масу»;
• Контактна клема високої напруги.

У всій системі запалювання котушка є проміжною ланкою між джерелом струму і свічками запалювання.

Принципова (класична) схема системи запалювання:
1. Джерело живлення. 2. Котушка запалювання.
3. Переривник. 4. Розподільник. 5. Свічки.

Принцип дії заснований на законі самоіндукції. Струм низької напруги від джерела живлення (акумулятора або генератора) надходить на первинну обмотку, в результаті чого навколо неї виникає електромагнітне поле. Потім контакт розмикається, і струм в первинній обмотці зникає. Магнітний потік зникає теж, але перед цим проходить крізь первинну і вторинну обмотки, в яких виникає електрорушійна сила (ЕРС). Показник ЕРС тим вище, чим більша кількість витків у вторинній обмотці і чим коротший час зменшення напруги в первинній (в ідеалі розмикання контакту повинно бути одномоментним). За рахунок того, що в сучасних котушках вторинна обмотка налічує 25 тис. витків і більше, на ній індукується висока напруга до 40 тис. в, яка і необхідна для системи запалювання.

Для оптимізації роботи котушки вживаються додаткові заходи: установка конденсатора паралельно переривач для зменшення іскроутворення на контактах, використання додаткового резистора для запобігання первинної обмотки від перегріву при низьких навантаженнях, ізоляція між шарами обмотки і т.д.

Види котушок і систем запалювання

Систему запалювання можна і потрібно покращувати, що і роблять сучасні автовиробники. З початком ери електронного управління автомобілі поступово позбавляються від ненадійних механічних деталей, а найновіші – і від високовольтних дротів.

Котушка з розподільником і модуль запалювання

В перших автомобілях використовувався розподільник запалювання: від котушки заряд подавався на свічку залежно від положення контактів трамблера. Таким чином використовувалася одна котушка запалювання для всіх циліндрів двигуна.

Схема загальної котушки запалювання

Наступний щабель еволюції системи запалювання – технологія «здвоєної іскри», коли одна котушка подає напругу відразу на дві свічки в тих циліндрах, в яких поршні рухаються синхронно (пари перший-четвертий і другий-третій), але на різних тактах. При цьому в одному з двох циліндрів, що знаходиться на такті компресії, іскра підпалює паливну суміш, а в другому, на такті випуску, спрацьовує «вхолосту». Така система називається DIS (Double Ignition System).

Система подвійної іскри. Здвоєні котушки з різними
варіантами підключення: DIS (зліва) і DIS-COP (праворуч)

Ця технологія дала можливість позбутися від одного з ненадійних вузлів – розподільника.

Схема здвоєної котушки запалювання

І, нарешті, найсучасніший варіант – індивідуальні котушки запалювання, що встановлюються безпосередньо на свічку. У цій системі не потрібні вже і високовольтні дроти – ще одне «слабке місце» системи, схильне до поломок. Котушки встановлюються на кожну свічку окремо або монтуються в загальній рейці.

Індивідуальні котушки окремо
і в єдиній рейці запалювання

Ця система називається COP (Coil on Plug) або «котушка на свічці».

Схема індивідуальної котушки
(без використання високовольтних дротів)

Додаткові конструктивні особливості

Всі котушки під час роботи нагріваються, і для запобігання перегріву використовується наповнювач (заливка): трансформаторна олива або епоксидна смола. Основна вимога до заливання – відсутність бульбашок повітря при нагріванні до високих температур.

Внутрішня ізоляція первинної і вторинної обмоток необхідна для запобігання короткого замикання і «пробоїв» високої напруги. Деякі виробники встановлюють ізоляційний шар (тонкий картон з просоченням) між кожним витком дроту. В результаті висока напруга, що виникає на контактах, не пробиває шари ізоляції.

Однак частіше ізолюють тільки вторинну обмотку, дотримуючись співвідношення кількості витків між первинною і вторинною як 1: 150-1: 200.

Шари обмотки в ізоляції

Системи батарейного запалювання (з однією котушкою на всі циліндри) мають технічну особливість: чим повільніше їде автомобіль (менше навантаження на двигун), тим довший той час, поки ланцюг низької напруги (джерело живлення & rarr; первинна обмотка) замкнутий, що викликає небажаний перегрів котушки. Для запобігання перегріву, і в кінцевому підсумку перегорання обмотки, використовується додатковий резистор з термоактивним опором: при нагріванні металу резистора показник його опору зростає і пропускна здатність зменшується. У системах з електронним управлінням в цій деталі вже немає необхідності, тривалість і черговість подачі струму на первинну обмотку регулюється комп'ютером.

При роботі котушки в осерді індукуються вихрові струми, що викликають нагрівання самого сердечника і всієї котушки, а також знижують потужність ЕРС в обмотці. Для зменшення вихрових струмів сердечник робиться з ізольованих один від одного шарів трансформаторної сталі (з додаванням кремнієвих лігатур для збільшення опору). На сьогоднішній день методику шаруватого сердечника використовують всі виробники.

Ознаки, причини і наслідки несправностей

Навіть найкращі суперсучасні котушки рано чи пізно виходять з ладу. Ознаки поломки можуть проявлятися по-різному, але обов'язково позначаться на роботі двигуна:

• пропуски запалювання (мотор троїть) постійно або час від часу;
• втрата потужності при розгоні;
• перехід двигуна на режим safe-mode;
• загоряється "check engine" на приладовій панелі;
• двигун не заводиться.

Це типові проблеми системи запалювання, що вимагають діагностики для точного визначення причини збою. Аналогічні симптоми можуть видавати і несправні дроти, форсунки, свічки або розподільник.

Основних причин поломки котушки запалювання дві: волога і перегрів. Навіть найміцніші матеріали «старішають» від часу і втрачають свої властивості. Це стусоється і корпусу котушки, і ізоляції обмоток. При перегрів котушки ізоляція усередині порушується і виникають пробої і коротке замикання – котушка згорає.

Потрапляння вологи на розігрітий корпус може викликати появу корозії і мікротріщин, через які відбуваються витікання струму, відчутні при торканні до металевих деталей кузова.

Іноді причиною поломки котушки стають неякісні свічки запалювання: пробій ізоляції свічки веде до перегорання котушки, а проникнення розжарених газів з камери згоряння псує наконечники. Навіть найдорожчі свічки дешевші за нові котушки, тож на них краще не економити.

Наслідком поломки котушки буде підвищена витрата бензину, нестабільна робота двигуна і вихід з ладу каталізатора.

Експлуатація та перевірка

Щоб якомога рідше міняти котушки запалювання, необхідно дотримуватися стандартних правил експлуатації: підтримувати електрообладнання автомобіля (особливо високовольтне) в чистоті, періодично перевіряти справність і підключення дротів (як високовольтних, так і низьковольтних), вчасно міняти свічки запалювання і стежити за їх станом.

Однією з проблем може бути поганий контакт між котушкою і високовольтним дротом, коли на клемах з'являються бруд і оксиди. Через це роз'єми перегріваються і клеми з ковпачками виходять з ладу.

Перевірити працездатність котушки можна за допомогою тестера: заміряти опір на обмотках, і якщо він не відповідає номінальним параметрам – котушка не працює.

Котушка має дві низьковольтних клеми (плюс і мінус від акумулятора), один високовольтний вихід (у двоіскрових котушок – два), а також може мати один (у двухіскрових – два) контакт «маси» від вторинної обмотки (на фото внизу це контакт №2).

Порядок перевірки:

1. Від'єднати низьковольтні і високовольтні дроти від котушки.

2. Оглянути котушку: вона повинна бути абсолютно цілою, без корозії, тріщин, патьоків масла, розплавлених ділянок, нагару.

3. Заміряти власну похибку мультиметра: встановити вимір до 200 Ом і замкнути щупи. Ідеальний апарат покаже 0,0 Ом, інші показники і є похибкою, яку потім потрібно буде віднімати з результатів вимірювань.

4. Виміряти опір первинної обмотки: тестер підключити до низьковольтних клем (1 і 3), полярність не важлива. Значення опору повинно бути 0,4-3 Ом (або інше, залежно від типу котушки). Опір нижче (що прагне до 0) – коротке замикання в обмотках, нескінченність – обрив проводу.

5. Перевірка вторинної обмотки: встановити тестер на вимірювання до 2000 кОм, один щуп на високовольтний вихід, другий щуп на клему №2 або на плюсову клему. Опір вторинної обмотки має становити 5-10 кому (можливі й інші значення залежно від технічних параметрів котушки). Так само, як і в попередньому випадку, що не 0 і не нескінченність.

6. У двухіскрових котушках для діагностики вторинної обмотки змиритися опір на здвоєних контактах: 1-4 і 2-3.

7. І, нарешті, можна перевірити котушку на пробій ізоляції: один щуп мультиметра на високовольтну клему, інший на металеву деталь корпусу котушки. Опір в цьому випадку має становити нескінченність. Спосіб не дуже надійний, але явні порушення ізоляції покаже.

Старий спосіб, яким перевірялися котушки на радянських автомобілях – оцінити утворення іскри на свічці – для сучасних систем запалювання може закінчитися серйозною поломкою: навіть абсолютно робоча котушка запалювання не витримує такого звернення і згорає . При сумнівах в якості роботи запалювання краще звернутися за професійною діагностикою: на хороших СТО є можливість протестувати всю систему високоточним обладнанням.

Котушка запалювання – пристрій, що не ремонтується, її можна тільки замінити новою. Ресурс якісної котушки становить 60-80 тис. км, але через несприятливі умов експлуатації вона може вийти з ладу швидше ніж планувалось. ​​

Про те, як вибрати нову котушку запалювання і на що звертати увагу при підборі, читайте наш "Гід покупця".