Подсоединение катушки зажигания. Схема и устройство катушки зажигания автомобиля. Чем обусловлены неисправности катушки зажигания

Д. Соснин, А. Фещенко
Катушка зажигания - обязательный компонент любой автомобильной электроискровой системы зажигания. Описанию различных современных катушек зажигания посвящена настоящая статья.

1. Общие сведения

В наиболее распространенных системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности катушка зажигания представляет собой не только повышающий импульсный трансформатор (или автотрансформатор), но и накопитель энергии.

Как индуктивный накопитель энергии, катушка зажигания должна обладать определенной вместимостью магнитного поля, которую называют индуктивностью катушки. Для увеличения индуктивности первичной обмотки катушки зажигания применяют ферромагнитный сердечник. Чтобы сердечник не насыщался первичным током, что неизбежно приводит к уменьшению накапливаемой в магнитном поле энергии, магнитопровод делают разомкнутым. Это позволяет создавать катушки зажигания с индуктивностью первичной обмотки 5.. .10 мГн, при максимальной величине первичного тока 3...4 А. Такие параметры катушки приемлемы для контактной батарейной системы зажигания, так как в такой системе первичный ток не может быть выше 3...4 А из-за быстро прогрессирующей эрозии и обгорания контактной пары прерывателя (максимально допустимый ток разрыва на контактах - 4 А).

В катушке с индуктивностью Lк=10 мГн при максимальном токе I1= 4 А и КПД=50% можно запасти электромагнитной энергии Wк не более 40 мДж (Wk=Lk*I*I/2).

В первом приближении этого достаточно для устойчивого функционирования системы зажигания на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Но с повышением "оборотистости" двигателя и числа его цилиндров ток разрыва на контактной паре из-за большой индуктивности катушки не успевает достичь своего максимального значения I1=Uб/R1=4 А (Uб - напряжение в бортсети автомобиля, R1 - сопротивление первичной обмотки катушки зажигания) и запасаемая в индуктивности энергия начинает быстро (по квадратичному закону) падать. При этом накопитель не дозаряжается до расчетной величины и электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции во вторичной обмотке катушки зажигания, а следовательно, и вторичное (выходное) напряжение системы зажигания становятся меньше. Как следствие, коэффициент запаса по вторичному напряжению в контактной системе зажигания очень низкий (не более 1,2).

Следует заметить, что увеличением индуктивности первичной обмотки катушки зажигания выше 10...11 мГн добиться повышения запасаемой энергии в контактной системе зажигания не удается, так как при этом увеличивается время нарастания первичного тока и на высоких оборотах ДВС ток не успевает достичь требуемого значения. При уменьшении индуктивности накопителя скорость нарастания первичного тока пропорционально растет, а активное сопротивление первичной обмотки падает. Таким образом с уменьшением индуктивности первичной обмотки можно увеличивать ток разрыва до 9...10 А и управлять этим током, изменяя время накопления энергии. При этом запасаемая энергия возрастает до 80...100 мДж. Все это становится возможным, если заменить контактную пару в первичной обмотке катушки зажигания на транзисторный ключ (электронный коммутатор). Теперь при достаточной избыточности энергии, накопленной в катушке зажигания, возможно нормировать время накопления с целью поддержания тока разрыва в строго заданных пределах. Это обеспечивает стабилизацию параметров системы зажигания на всех режимах работы ДВС, в том числе и облегченный пуск холодного двигателя при падении напряжения в бортсети автомобиля.

Рассмотрим катушку зажигания как повышающий импульсный трансформатор. Катушка содержит две обмотки - первичную и вторичную, намотанные на общий сердечник разомкнутого магнитопровода, выполненного из магнитомягкой электротехнической стали. Первичная обмотка состоит из небольшого числа витков, а вторичная - из очень большого числа витков более тонкого провода. В системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности первичная обмотка катушки зажигания подключается непосредственно к бортсети автомобиля. При этом, по ней протекает ток, который наводит вокруг витков катушки магнитное поле. Силовые линии этого поля, замыкаясь вокруг катушки, пронизывают витки обеих обмоток. К моменту разрыва токовой цепи в магнитном поле катушки накапливается электромагнитная энергия Wk. Прерывание первичного тока I1 приводит к исчезновению магнитного поля и индуцированию в витках обеих обмоток ЭДС самоиндукции. Величина наведенной таким способом ЭДС пропорциональна индукции запасенного магнитного поля и скорости его исчезновения, а также числу витков в обмотках. Так как вторичная обмотка состоит из очень большого числа витков, то ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, достигает значительной величины (в современных катушках - до 35000 В), с избытком достаточной для пробоя искрового промежутка в свечах зажигания. Наведенная ЭДС в первичной обмотке не превышает 500 В.

Устройство и параметры конкретной катушки зажигания зависят от типа системы зажигания, в которой данная катушка работает. Рассмотрим особенности катушек различных систем зажигания.

2. Конструкция и параметры классической катушки зажигания

Катушка зажигания классической батарейной системы зажигания (рис. 1)

Представляет собой электрический автотрансформатор с разомкнутой магнитной цепью и с большой индуктивностью первичной обмотки.

Сердечник 2 катушки набран из пластин электротехнической стали толщиной 0,35...0,5 мм, изолированных друг от друга окалиной или лаком. Иногда сердечник изготавливают в виде пакета из отрезков отожженной стальной проволоки. На сердечник надета изолирующая трубка 16, поверх которой намотана вторичная обмотка 4. Каждый слой вторичной обмотки изолирован кабельной бумагой 5, а высоковольтные слои намотаны с зазором в 2.3 мм, чтобы уменьшить опасность междувиткового пробоя. Первичная обмотка 15 намотана на вторичную. Корпус 1 катушки штампуется из листовой стали или вытягивается из алюминия. Внутри корпуса по его стенке уложен наружный по отношению к обмоткам магнитопровод 14, выполненный в виде свертка широкой ленты из отожженной электротехнической стали. В электрическом отношении этот сверток представляет собой широкий ленточный виток вокруг катушки, разомкнутый бумажной изоляцией и заземленный одной точкой на корпус. В магнитном отношении такой виток из отожженной стальной ленты является ограничивающим экраном для магнитного поля катушки.

Соединение обмоток катушки следующее: начало вторичной обмотки соединяется с выводом ВВ высокого напряжения. Конец вторичной обмотки и начало первичной обмотки соединены между собой и подведены к зажиму 10 (клемма "Б"). Конец первичной обмотки соединен с зажимом 7 (клемма "-"), который соединяется с прерывателем.*

Вывод высокого напряжения из катушки зажигания имеет оригинальное исполнение. Начало вторичной обмотки находится под высоким потенциалом и соединено с центральным стержнем 2 магнитопровода (точка 13 или 18 на рис. 1). Далее, через стержень 2 и электрическое соединение 11, высокое напряжение вторичной обмотки поступает на контакт 9 центрального высоковольтного вывода 8 катушки зажигания. Таким образом центральный стержень магнитопровода и намотанная на него вторичная обмотка являются высоковольтной сердцевиной катушки зажигания и находятся на достаточном, с точки зрения электрической прочности, удалении от корпуса. Чтобы сердцевина была жестко зафиксирована в корпусе, но не имела с ним электрического контакта, снизу установлена керамическая изолирующая опора 17, а сверху корпус завальцован пластмассовой изоляционной крышкой 6. Первичная обмотка как низкопотенциальная, но более нагревающаяся под действием первичного тока, намотана поверх вторичной и, таким образом, находится ближе к защитному кожуху (корпусу катушки). Так как пустоты между корпусом и обмотками внутри катушки заполнены трансформаторным маслом (или другим теплопроводящим наполнителем) 12, то такая конструкция обладает не только достаточно высокой электрической и механической прочностью, но и хорошим теплообменом с "массой" автомобиля через защитный кожух.

Реализованные таким способом внутренняя электрическая изоляция и естественное охлаждение катушки повышают срок ее службы и эксплуатационную надежность.

Катушка зажигания крепится к кузову автомобиля с помощью скобы 3. Надежное крепление способствует лучшему охлаждению катушки.

Некоторые катушки зажигания работают с добавочным резистором, который обычно устанавливают под крепежную скобу в керамическом изоляторе (рис. 2).

Схема соединений обмоток в таких катушках изменена. Так, общая точка соединения первичной W1 и вторичной W2 обмоток соединена не с клеммой Б (" + " напряжения бортсети), а через клемму 1 с прерывателем ("-" напряжения бортсети). При этом конец первичной обмотки выводится на дополнительную клемму ВКи далее через дополнительный резистор Rд- на клемму Б. Таким образом, добавочный резистор подключается к первичной обмотке катушки зажигания последовательно и обмотка рассчитывается на пониженное напряжение 7...8 В. На рабочих режимах двигателя напряжение питания в бортсети автомобиля составляет 12...14 В. Часть этого напряжения гасится на добавочном резисторе. На пусковых режимах двигателя, когда напряжение на аккумуляторной батарее падает, добавочный резистор закорачивается вспомогательными контактами тягового реле стартера или контактами дополнительного реле включения стартера (в зависимости от марки автомобиля), что обеспечивает первичной обмотке катушки зажигания необходимое рабочее напряжение 7...8 В.

Добавочный резистор обычно наматывается из константановой или никелевой проволоки. В последнем случае он выполняет роль так называемого вариатора. Сопротивление вариатора изменяется в зависимости от величины протекающего по нему тока: чем больше ток, тем выше температура нагрева вариатора и тем больше его сопротивление. Величина первичного тока, потребляемого катушкой зажигания, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При низкой частоте вращения, когда сила первичного тока к моменту его прерывания успевает достигнуть максимального значения, сопротивление вариатора также максимально. При повышении частоты вращения сила первичного тока падает, нагрев вариатора ослабевает и его сопротивление уменьшается. Так как вторичное напряжение, развиваемое катушкой зажигания, зависит от тока разрыва в первичной цепи, то применение вариатора дает возможность снизить вторичное напряжение при малой и повысить при большой частоте вращения вала двигателя, что несколько уменьшает основной недостаток контактной системы зажигания - снижение вторичного напряжения с увеличением частоты вращения. Если добавочный резистор выполнен из константана, вариационные свойства в нем не проявляются. Добавочный резистор может также устанавливаться отдельно от катушки зажигания. На некоторых автомобилях, например, на автомобилях фирмы АвтоВАЗ, добавочный резистор в системе зажигания отсутствует, что обусловлено применением аккумуляторной батареи с повышенными пусковыми свойствами, напряжение которой при пуске двигателя снижается незначительно.

Катушка зажигания как повышающий трансформатор характеризуется числом витков в обмотках. В зависимости от типа и назначения катушки число витков лежит в пределах 180...330 - для первичной и 18 000...26 000 - для вторичной обмоток. Соответственно диаметр провода первичной обмотки - 0,53...0,86 мм, а вторичной - 0,07...0,095 мм. Коэффициент трансформации - 55...100. Для катушек зажигания без добавочного резистора сопротивление R1 первичной обмотки - 2,9...3,4 Ом. Если катушка зажигания включается в цепь питания через добавочный резистор, то сопротивление первичной обмотки уменьшают до 1,5...2,1 Ом. При этом сопротивление добавочного резистора в зависимости от типа катушки - 0,9....1,9 Ом. Сопротивление R2 вторичной обмотки может составлять несколько десятков килоом. Значения индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания для систем зажигания с индуктивным накопителем энергии находится в пределах 6.. .11 мГн. В системах зажигания с емкостным накопителем индуктивность первичной обмотки катушки зажигания не является накопителем энергии, поэтому ее значение может быть значительно меньше (до 0,1 мГн). Индуктивность L2 вторичной обмотки составляет несколько десятков генри.

Катушки, работающие в контактных системах зажигания, обеспечивают следующие выходные характеристики:
- максимальное вторичное напряжение 18...20 кВ;
- скорость нарастания вторичного напряжения 200...250 В/мкс;
- суммарная длительность фаз искрового разряда 1,1...1,5 мс;
- энергия искрового разряда 15...20 мДж.

3. Катушки зажигания электронных систем зажигания

В контактно-транзисторных и транзисторных системах зажигания прерывание первичного тока катушки осуществляется не контактами механического прерывателя, а силовым транзистором. При этом первичный ток I1 может быть увеличен до 10...11 А. Это привело к необходимости создания специальных катушек зажигания с низкими значениями сопротивления и индуктивности первичной обмотки и большим коэффициентом трансформации (см. таблицу).

Длительное время катушки для электронных систем зажигания изготовлялись с электрически разделенными обмотками, т.е. с трансформаторной связью. При такой схеме соединения один из выводов вторичной обмотки соединен с корпусом катушки, т.е. с "массой" автомобиля. Считалось, что применением трансформаторной схемы включения обмоток можно избежать перегрузки выходного транзистора коммутатора дополнительным всплеском напряжения, возникающим в первичной обмотке во время разрядных процессов во вторичной цепи системы зажигания. Это утверждение справедливо только тогда, когда корпус катушки имеет надежный контакт с "массой" автомобиля. Однако окисление этого контакта, что довольно часто случается в эксплуатации, приводит к его нарушению, что становится причиной выхода из строя силового транзистора коммутатора. Поэтому в настоящее время катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания выпускаются с автотрансформаторной схемой соединения обмоток.

Первичная обмотка катушки в таких системах зажигания низкоомная и подключается к источнику питания, как правило, через выносной добавочный резистор. Иногда применяется блок из двух добавочных резисторов. Тогда один из резисторов включен постоянно и ограничивает ток в низкоомной первичной цепи, а второй резистор выполняет роль добавочного резистора, как и в классической контактной системе зажигания.

Катушки зажигания, рассчитанные для работы с транзисторным ключом, являются мощными потребителями электрической энергии. Следует помнить, что если на автомобиле, оборудованном электронной системой зажигания, выйдет из строя генераторная установка, то на аккумуляторной батарее можно проехать всего несколько десятков километров, тогда как на автомобиле с контактной системой зажигания в аналогичном случае - сотни километров.

Катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания имеют классическую конструкцию и выполнены по традиционной технологии: они маслонаполненные, с разомкнутым магнитопроводом и в металлическом корпусе. От катушек контактной системы зажигания они отличаются только обмоточными данными. Расход обмоточной меди у них по сравнению с катушками обычной контактной системы больше в 1,2...1,3 раза за счет увеличения диаметра провода первичной обмотки и увеличения числа витков вторичной. Выход ные характеристики катушек контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания близки к характеристикам катушек контактных систем. Однако последним они уступают по скорости нарастания вторичного напряжения (100...200 В/мкс) и, как следствие, более чувствительны к влиянию нагара на свечах.

В электронных системах зажигания высокой энергии с нормированным временем накопления (временем протекания первичного тока) применяются катушки зажигания, аналогичные по конструкции с выше рассмотренными: они имеют автотрансформаторную схему соединения обмоток и разомкнутый магнитопровод. Но поскольку эти катушки развивают повышенное вторичное напряжение при работе на открытую цепь (до 35 кВ), их высоковольтная изоляция усилена. Кроме того, при выборе параметров катушек для современных электронных систем зажигания учитываются следующие особенности работы этих систем:
- длительность импульсов первичного тока формируется таким образом, чтобы имел место минимум рассеиваемой мощности в катушке и на силовом транзисторе коммутатора;
- время протекания первичного тока зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя и напряжения питания;
- амплитуда импульсов первичного тока ограничивается на уровне 6,5.10 А в зависимости от типа электронного коммутатора;
- при неработающем двигателе, но включенном зажигании, ток в первичной обмотке катушки зажигания не протекает.

Конструктивная особенность катушек зажигания, применяемых в электронных системах с нормируемым временем накопления энергии, - наличие специального защитного клапана в высоковольтной крышке или в линии завальцовки крышки с корпусом. Этот клапан открывается в случае увеличения давления масла, что имеет место при повышении его температуры. Срабатывание клапана - это аварийная ситуация, возникающая тогда, когда выходит из строя система управления временем накопления энергии в электронном коммутаторе. При этом длительность протекания первичного тока увеличивается, катушка сильно нагревается и давление масла внутри ее корпуса повышается. Срабатывание защитного клапана предотвращает взрыв катушки. Но после этого катушка восстановлению не подлежит. Представительницей таких катушек является катушка 27.3705, которая широко применяется в составе электронной системы зажигания, например, на автомобилях ВАЗ-2108, 09. Эта катушка и подобные ей работают без добавочного резистора, а стабильные выходные характеристики системы зажигания при пуске двигателя (при снижении напряжения питания до 6...7 В) обеспечиваются за счет низкого сопротивления первичной обмотки (0,4...0,5 Ом).

4. Катушки зажигания микропроцессорных систем зажигания

В современных микропроцессорных системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности распределение высоковольтных импульсов по свечам в цилиндрах двигателя осуществляется без высоковольтного распределителя и чаще всего с применением двухвыводных катушек зажигания. Такой способ иногда называют статическим распределением. Система зажигания с двухвыводными катушками пригодна для работы на четырехтактном двигателе с любым четным числом цилиндров (2, 4, 6, 8.).

На рис. 3 показана схема выходного каскада системы зажигания для 4-х цилиндрового ДВС.

Чтобы чередование воспламенений топливовоздушной смеси в цилиндрах соответствовало порядку работы двигателя (1243 или 1342), первая свеча сгруппирована с четвертой, а вторая - с третьей. При таком со единении свечей "рабочие" искры возникают в цилиндрах в конце такта сжатия, а "холостые" искры - в конце такта выпуска. Ясно, что рабочие искры воспламеняют топливовоздушную смесь, а холостые - разряжаются в среде отработавших газов.

Первые двухвыводные катушки зажигания были изготовлены на базе традиционных одновыводных катушек с разомкнутым магнитопроводом в маслонаполненном металлическом корпусе. Они имели увеличенные габариты и массу и значительно отличались от прототипа по конструкции. Такие катушки не нашли широкого применения.

Разработка новых полимерных материалов, обладающих высокими диэлектрическими свойствами, позволила создавать так называемые "сухие" двухвыводные катушки зажигания.

Двухвыводная катушка зажигания (рис. 4) имеет разомкнутый магнитопровод и двухсекционную вторичную обмотку. Вторичная обмотка расположена сверху первичной, что обеспечивает надежную изоляцию выводов высокого напряжения. Охлаждение первичной обмотки - через центральный стержень магнитопровода, который выступает наружу и имеет крепежное отверстие. Обмотки катушки пропитаны компаундом и опрессованы полипропиленом, из пропилена выполнены также корпус, гнезда высоковольтных и низковольтных выводов.

В настоящее время все большее распространение получают трансформаторы зажигания, т.е. двухвыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом 1 (рис. 5).

В таких катушках вторичная обмотка 3 имеет каркасную секционную намотку, позволяющую уменьшить вторичную емкость и усилить изоляцию вторичной обмотки. Катушка имеет пластмассовый каркас 9, в который вмонтированы обмотки. При сборке обмотки заливаются эпоксидным компаундом 8. Катушка в сборе с обмотками и выводами представляет собой монолитную конструкцию с высокой стойкостью к механическим, электрическим и климатическим воздействиям.

Сердечник катушки 1, набранный из тонких листов электротехнической стали, состоит из двух симметричных половин, при стягивании которых в центральном стержне образуется зазор 0,3...0,5 мм для некоторого увеличения индуктивности первичной обмотки повышающего трансформатора (см. поз. 7, рис. 4). Наличие замкнутого магнитопровода позволяет уменьшить габариты и вес катушки, повысить КПД преобразования энергии, уменьшить расход обмоточного провода и электротехнической стали, улучшить параметры искрового разряда, снизить трудоемкость изготовления.

В некоторых модификациях микропроцессорных систем зажигания применяются четырехвыводные катушки зажигания, состоящие из двух двухвыводных катушек, собранных на общем Ш-образном магнитопроводе (рис. 6). В такой конструкции общим элементом является средний стержень магнитопровода, а взаимное влияние двух катушек друг на друга исключается с помощью двух воздушных зазоров б. Величина этих зазоров может достигать 1...2 мм, чем увеличивается магнитное сопротив ление в магнитопроводе и достигается развязка каналов.

Более распространенной является схема четырехвыводной катушки с высоковольтными диодами (рис. 7), которая содержит две встречно намотанные первичные обмотки и одну вторичную. Полярность вторичного напряжения определяется направлением укладки витков в первичных обмотках. Если в точке S (см. рис. 7) напряжение имеет положительную полярность, то открываются высоковольтные диоды VD1, VD4 и в соответствующих цилиндрах двигателя появляются искровые разряды (рабочая и холостая искры). Вторая первичная обмотка намотана в обратном направлении, и при прерывании в ней тока полярность вторичного напряжения в точке S изменится на отрицательную. При этом искровые разряды возникнут в двух цилиндрах двигателя со свечами FV2 и FV3. Для исключения взаимного влияния первичных обмоток в период образования импульсов высокого напряжения к их выводам низкого напряжения подключены разделительные диоды VD5, VD6.

К общим недостаткам систем зажигания с двух- и четырехвыводными катушками относится разнополярность высоковольтных импульсов относительно "массы" автомобиля на спаренных свечах зажигания. За счет этого пробивное напряжение в свечах может отличаться на 1,5...2 кВ.

В системах зажигания с накоплением энергии в емкости катушка зажигания выполняет функцию только повышающего импульсного трансформатора, ее габариты при этом могут быть значительно уменьшены. Это позволяет изготовлять индивидуальные катушки зажигания для каждой свечи в отдельности и монтировать их непосредственно на свечах (рис. 8б).

Для такой системы не нужны высоковольтные провода, которые являются источником радиопомех. Кроме того, исключается холостая искра. Вторичное напряжение несколько увеличивается и имеет только отрицательную полярность, что продлевает срок службы свечи зажигания.

Для микропроцессорных систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности выпускаются индивидуальные одновыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом - так называемые трансформаторы зажигания (см. рис. 8).

Катушки, работающие в составе современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности, обеспечивают высокие выходные характеристики:
- максимальное вторичное напряжение до 35 кВ;
- скорость его нарастания >700 В/мкс;
- суммарная длительность фаз искрового разряда 2,0...2,5 мс;
- энергия искрового разряда 80...100 мДж.

Высокий уровень вторичного напряжения и параметров искрового разряда способствуют выполнению жестких требований, предъявляемых к современному автомобильному двигателю по экономичности и токсичности. Повышение скорости нарастания вторичного напряжения делает систему зажигания менее чувствительной к нагарообразованию на тепловом конусе искровой свечи. Однако при этом на 20...30% возрастает пробивное напряжение на свечах, что объясняется соизмеримостью времени формирования искрового разряда в свече со временем нарастания на ней вторичного напряжения. При большом запасе по вторичному напряжению это не принципиально.

5. Техническое обслуживание

Катушка зажигания - достаточно надежный аппарат электрооборудования автомобиля, поэтому ее техническое обслуживание сведено к минимуму.

Прежде всего катушка должна быть чистой, как и другие высоковольтные элементы системы зажигания. Часто после мойки автомобиля наличие влаги на крышке катушки зажигания является причиной отказа пуска двигателя. Поэтому в тех случаях, когда влага может попасть в моторный отсек автомобиля (мойка, дождь, длительная стоянка при повышенной влажности воздуха), перед поездкой необходимо просушить или насухо обтереть высоковольтные элементы системы зажигания. Особое внимание следует обратить на вывод высокого напряжения катушки зажигания. Не вставленный до упора в гнездо катушки высоковольтный провод может привести к пробою изоляции, который обнаруживается по прогару крышки или выплавлению пластмассового покрытия (оболочки) корпуса. Если высоковольтный контакт в катушке почернел, но его изоляция не нарушена, контакт зачищают до блеска мелкой шкуркой, свернутой трубочкой. Таким же образом следует обработать наконечник высоковольтного провода. После зачистки убеждаются в плотной посадке провода в кон¬тактное гнездо. При необходимости надежность контакта достигается увеличением ширины прорези наконечника высоковольтного провода.

Обеспечение надежного крепления катушки к кузову автомобиля предупреждает появление механических повреждений и улучшает ее охлаждение. Кроме того, в контактно-транзисторных и транзисторных системах зажигания с катушками типа Б114, Б116, у которых обмотки имеют трансформаторную связь, предотвращается выход из строя силового транзистора коммутатора.

Неисправность катушки классической конструкции можно обнаружить внешним осмотром с последующей проверкой ее работоспособности "на искру". Внешним осмотром могут быть найдены трещины и электрические прожоги на крышке вокруг высоковольтного вывода. Для проверки катушки "на искру" отсоединяют центральный высоковольтный провод от распределителя и располагают его на расстоянии 5.10 мм от корпуса двигателя. Затем стартером прокручивают коленчатый вал двигателя и наблюдают за искрообразованием в зазоре между наконечником высоковольтного провода и "массой". В контактной системе зажигания проверять искрообразование можно без вращения коленчатого вала. Для этого снимают крышку распределителя и устанавливают контакты прерывателя в замкнутое состояние. Затем, включив зажигание рычажком прерывателя или ротором распределителя, размыкают и замыкают контакты. Бесперебойное искрообразование свидетельствует об исправности катушки зажигания.

Двухвыводные катушки зажигания микропроцессорных систем и электронных систем зажигания высокой энергии проверяют "на искру" с применением специального переносного разрядника (рис. 9).

Это делается для того, чтобы не получить травму или не вывести из строя электронные приборы на автомобиле. С помощью разрядника можно достаточно точно измерить вторичное напряжение на любой катушке зажига ния. Размер зазора между шарами разрядника почти линейно зависит от приложенного к ним напряжения в момент появления искры (см. график на рис. 9).

При отсутствии искры в зазоре между корпусом двигателя и наконечником провода, отсоединенного от центрального вывода распределителя, или между электродами разрядника проверку катушки завершают измерением сопротивлений обмоток. Если измеренные значения сопротивлений соответствуют нормальным (см. таблицу), а высоковольтной искры не возникает, то в катушке может иметь место высоковольтный (неконтролируемый простым способом) пробой изоляции между витками или на корпус.

Такая неисправность может быть обнаружена только на специальном испытательном стенде. В любом случае катушка зажигания, в которой обнаружены неисправности, не ремонтируется и подлежит замене.

В заключение следует отметить, что при написании настоящей статьи использовалась, в основном, информация по отечественным катушкам зажигания (см. таблицу). Что касается катушек зажигания импортных автомобилей, то они имеют очень схожие параметры и конструктивные показатели, так как рассчитываются и изготовляются по совершенно аналогичным принципам. Отсюда ясно, что замена импортных катушек зажигания отечественными возможна и вполне допустима. Следует только иметь ввиду, что катушки зажигания от разных типов систем зажигания не взаимозаменяемы, например, батарейная катушка зажигания не будет работать в электронной системе и наоборот - их параметры совершенно различны.

При замене катушки зажигания на ее место подбирают катушку со схожими рабочими параметрами, которые не должны отличаться более чем на 20...30%, а сами катушки должны иметь одинаковое конструктивное исполнение.

В таблице, в качестве примера, желтой строкой выделены параметры взаимозаменяемых катушек зажигания.

[email protected]

Иногда автолюбителям приходится сталкиваться с такой ситуацией: «шестерка» не запускается со стартера. Как правило, проблема состоит в системе зажигания, точнее, в сбое какого-то элемента этой системы. Первым действием необходимо проверить канал поступления тока на центральный провод прерывателя-распределителя, или, как его называют в обиходе, трамблера.

Проверка катушки зажигания

С этой целью необходимо снять центральный провод из прерывателя-распределителя, подвести его к корпусу мотора и прокрутить стартером, при этом должна появиться пробегающая искра. После этого проверяем подачу энергии на отдельную свечу, для чего выкручиваем рабочую свечу зажигания, и подносим ее контактом к «массе» и предпринимаем попытку завести мотор. При этом искра должна исходить от провода на «массу». При ее отсутствии причина будет в неисправности такого элемента системы, как катушка зажигания ВАЗ 2106 , которая играет важную роль в эксплуатации транспортного средства.

При проводимой проверке необходимо соблюдать технику безопасности и работать в защитных диэлектрических перчатках из резины. В «шестерке» с равным успехом применяется, как система зажигания с использованием контактов, так и система без применения контактов трамблера, соответственно, используется разная катушка ВАЗ 2106, в зависимости от вида системы зажигания.

Проверка этих типов зажигания осуществляется почти по одним параметрам. Тестирование системы в этом случае проводим мультиметром. Необходимо помнить, что в цепи подключения катушки зажигания ВАЗ 2106 напряжение на участках цепи достигает от 24 тыс. до 40 тыс. Вольт. При небольшой силе тока в системе это не угрожает жизни, но удар электротоком можно получить весьма чувствительный.

Важно: Для подстраховки целесообразно в автомобиле держать дополнительные катушку зажигания и конденсатор трамблера. Эти элементы системы достаточно часто являются причиной вывода системы из строя, а ремонту такие изделия не подлежат. При дефектах этих компонентов мотор запустить не представляется возможным, а заменить их несложно. В крайнем случае, при отсутствии штатных изделий временно можно установить аналоги с других моделей ВАЗ.

Схема катушки зажигания ВАЗ 2106

Штатная катушка зажигания ВАЗ 2106 представляет собой герметичный технический сосуд, наполненный специальным маслом, с магнитопроводом разомкнутого типа. Принципиальная схема системы зажигания расположена ниже:

где: 1 – генератор; 2 – замок зажигания; 3 – трамблер; 4 – кулачок трамблера; 5 – свечи; 6 – катушка зажигания; 7 – АКБ.

Правильное подключение катушки зажигания ВАЗ 2106 можно посмотреть здесь:

Проверка катушки зажигания:

На начальном этапе необходимо узнать, как «приходит» ток на катушку зажигания, для чего: включаем зажигание и делаем мультиметром замер напряжения при включенном зажигании на контакте Б+ изделия и массы, который должен составлять 12 В. Если напряжение отсутствует, то причина – в замке зажигания.
Чтобы завести «движок» в аварийном режиме, необходимо положительный провод с АКБ соединяют с креплением Б+ «бобины». Если же ток «приходит» на катушку зажигания при отсутствии искры, то необходимо протестировать резистентность обоих контуров (обмоток) изделия.
Для произведения измерений значений резистентности обмотки первичного типа «крокодильчики» мультиметра подсоединяют к 2 контактам катушки по бокам изделия, при этом измеритель должен выдавать значения замеров 3-4 Ом.
Для произведения измерений значений резистентности обмотки вторичного типа «крокодильчики» мультиметра подсоединяют следующим образом: первый – к основному выходному контакту катушки, а второй – к контакту сбоку, при этом измеритель должен выдавать значения замеров 7-9 кОм.

При рабочей катушке зажигания ВАЗ 2106, цена которой является допустимой для многих автолюбителей, причина, в основном, кроется в прерывателе-распределителе. Запрещается допускать длительную проверку на искровой «пробег» между проводкой и массой, это может спровоцировать дефект «бобины». Из-за увеличенного расстояния катушка зажигания «пробивает» изнутри.

Неисправности катушки зажигания ВАЗ 2106

Существуют отдельные неисправности катушки зажигания, которые приводят к замене изделия. К ним относятся внешние механические деформации изделия и обрывы в обмотках катушки. Как неисправности катушки зажигания ВАЗ 2106, классифицируется такое состояние, когда греется катушка зажигания до высокой температуры.

Небольшое нагревание изделия – обычное состояние этой детали при включенном зажигании и замкнутых контактах трамблера при контактной системе зажигания. В случае сомнения в работоспособности этой детали системы зажигания рекомендуем проверить катушку на резистентность обеих обмоток изделия.

Катушка зажигания используется как высоковольтный повышающий трансформатор — накопитель электрической энергии в индуктивности, для создания на электродах свечи зажигания дугового разряда, продолжительностью 1-3 мс.

Принцип работы катушки зажигания

Рис. Катушка зажигания в разрезе: 1 — изолятор; 2 — корпус, 3 — изоляционная бумага, 4 — первичная обмотка, 5 — вторичная обмотка, 6 — клемма вывода первичной обмотки (обозначения: «1», «-«, «К»), 7 — контактный винт, 8 — центральная клемма высокого напряжения, 9 — крышка, 10 — клемма питания (обозначения: «+Б», «Б» «+», «15»), 11 — контактная пружина, 12 — скоба, 13 — наружный провод, 14 — сердечник.

На рисунке приведено изображение катушки зажигания в разрезе и одна из схем соединения обмоток. Повторим, изложенное ранее: катушка — это трансформатор с двумя обмотками намотанными на специальный сердечник.

Вначале намотана вторичная обмотка тонким проводом и большим количеством витков, а сверху на нее намотана первичная обмотка толстым проводом и небольшим количеством витков. При замыкании контактов (или другим способом) первичный ток постепенно нарастает и достигает максимального значения, определяемого напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной обмотки. Нарастающий ток первичной обмотки встречает сопротивление э.д.с. самоиндукции, направленное встречно напряжению аккумуляторной батареи.

Когда контакты замкнуты, по первичной обмотке протекает ток и создаёт в ней магнитное поле, которое пересекает и вторичную обмотку и в ней индуцируется ток высокого напряжения. В момент размыкания контактов прерывателя как в первичной, так и во вторичной обмотках наводится э.д.с. самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный магнитотоком первичной обмотки, чем больше отношение чисел витков и тем больше первичный ток в момент разрыва.

Такая конструкция характерна при построении систем зажигания с использованием контактов прерывателя. Ферромагнитный сердечник может насыщаться первичным током, что приводило бы к уменьшению накапливаемой в магнитном поле энергии. Для уменьшения насыщения используют разомкнутый магнитопровод. Это позволяет создавать катушки зажигания с индуктивностью первичной обмотки до 10 мГн и первичном токе 3-4 А. Выше ток нельзя использовать т.к. при этом токе может начаться обгорание контактов прерывателя.

Если в катушке индуктивность Lk = 10 мГн и ток I = 4 А,то в катушке можно запасти энергии W не более 40 мДж при КПД = 50 % (W = Lk * I * I/2). При некотором значении вторичного напряжения между электродами свечи зажигания возникает электрический разряд. Из-за возрастания тока во вторичной цепи вторичное напряжение резко падает до, так называемого, напряжения дуги, которое поддерживает дуговой разряд. Напряжение дуги остаётся почти постоянным до тех пор, пока запас энергии не станет меньше некоторой минимальной величины. Средняя продолжительность батарейного зажигания составляет 1,4 мс. Обычно этого достаточно для воспламенения топливовоздушной смеси. После этого дуга исчезает; а остаточная энергия расходуется на поддержание затухающих колебаний напряжения и тока. Продолжительность дугового разряда зависит от величины запасённой энергии, состава смеси, частоты вращения коленвала, степени сжатия и пр. При увеличении частоты вращения коленвала время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается и первичный ток не успевает нарасти до максимальной величины. Из-за этого уменьшается запас энергии, накопленной в магнитной системе катушки зажигания и понижается вторичное напряжение.

Отрицательные свойства систем зажигания с механическими контактами проявляются при очень малых и высоких частотах вращения коленвала. При малых частотах вращения между контактами прерывателя возникает дуговой разряд, поглощающий часть энергии, а при высоких частотах вращения вторичное напряжение уменьшается из-за «дребезга» контактов прерывателя. Контактные системы за рубежом давно не применяются. По нашим дорогам ещё колесят а\м, выпущенные в 80 х годах.

Некоторые катушки зажигания работают с добавочным резистором. Функциональная схема соединения такой катушки с контактной системой зажигания приведена рядом.

Рис. Схема соединения катушки зажигания с контактной системой зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — распределитель, 3 — стартер, 4 — замок зажигания, 5 — втягивающее реле стартера, 6 — добавочное сопротивление, 7 — катушка зажигания.

Схема соединения обмоток катушки другая. На пусковых режимах, когда напряжение на аккумуляторной батарее падает, добавочный резистор закорачивается вспомогательными контактами втягивающего реле стартера или контактами дополнительного реле включения стартера, что обеспечивает первичной обмотке катушки зажигания рабочее напряжение 7-8 В. На рабочих режимах двигателя напряжение питания 12-14 В. Добавочные резистор наматывается обычно из константановой или никелевой проволоки. Если проволока никелевая, то такое сопротивление называют вариатором из-за изменения сопротивления от величины протекающего по нему тока: чем больше ток, тем выше температура нагрева и выше сопротивление. На повышенных частотах вращения коленвала сила первичного тока падает, нагрев вариатора ослабевает и его сопротивление уменьшается. Тж. вторичное напряжение зависит от тока разрыва в первичной цепи, то применение вариатора даёт возможность снизить вторичное напряжение при малой и повысить — при большой частоте вращения коленвала двигателя.

В транзисторных системах зажигания прерывание первичного тока осуществляется силовым транзистором. В таких системах первичный ток увеличен до 10 — 11 А. Используются катушки зажигания с низким сопротивлением первичной обмотки и высоким коэффициентом трансформации. Приведем образцы осциллограмм, снятых в исправной системе на первичной и вторичной обмотках катушки зажигания.

Рис. Осциллограмма первичной обмотки.

Рис. Осциллограмма вторичной обмотки.

Форма осциллограмм очень похожа, т.к. обмотки катушки связаны между собой трансформаторной связью (взаимной индукцией). Катушки контактно-транзисторных и транзисторных систем зажигания имеют классическую конструкцию: маслонаполненные, с разомкнутым магнитопроводом, в металлическом корпусе. Приведём некоторые данные по выпускавшимся отечественным катушкам зажигания.

Как водно из таблицы катушки зажигания отличаются количеством витков в обмотках и коэффициентом трансформации в различных системах зажигания. Конструкции катушек мало отличались.

Расположение

Под капотом на крыле или на разделительной панели между подкапотным пространством и салоном автомобиля. Иногда непосредственно на двигателе.

Неисправности катушки зажигания

Основная неисправность обрыв первичной или вторичной обмоток. Иногда от перегрева срабатывает аварийный клапан давления масла. После слива масла катушка выходит из строя. Некоторые катушки продолжают работать даже при обрыве вторичной обмотки, при этом при дросселировании наблюдаются пропуски искрообразования.

При длительной эксплуатации а\м изоляционные свойства материалов, применяемых в катушках зажигания теряют свойства и случаются высоковольтные прогары, позволяющие «уходить» части заряда на массу. При осмотре катушки зажигания такую неисправность легко обнаружить по серому следу на поверхности изолятора катушки (похож на след от простого карандаша) или чернота прогара с частично обугленной поверхностью.

Необходимо осмотреть разъем высоковольтного (ВВ) провода, выходящего из катушки зажигания. В 70% случаев там окисленная поверхность или ржавчина. В таком случае обязательно проверьте центральный высоковольтный провод. Сопротивление его должно быть не более 20 кОм. Нередкая ситуация: прозванивается, сопротивление до 20 кОм, а осциллограмма горения на всех цилиндрах одинаково неправильная. При резком дросселировании осциллограмма горения ещё сильнее искажается, наблюдается хаотичное искрообразование и только замена центрального ВВ провода приносит положительный результат.

Методика проверки

Проверку производить при подключённом автомобильном осциллографе. Формы осциллограмм такие же, как и у микропроцессорных катушек зажигания. Измерить значения сопротивлений первичной и вторичной обмототок.

Когда вы заметили, что сильно греется катушка зажигания, немедленно следует провести диагностику данного элемента. Ведь он играет огромную роль в работе всей системы зажигания, именно про это мы и поговорим чуть ниже, а также научимся устранять неполадки.

Определяем, почему греется катушка зажигания

Основная функция катушки заключается в преобразовании низковольтного напряжения, которое поступает от генератора или же аккумуляторной батареи, в высоковольтное. Происходит же генерация высоковольтных электрических импульсов на свечах. Схема подключения катушки зажигания обеспечивает определенный механизм работы: при включении стартера, благодаря контактному диску, включается добавочное сопротивление, это приводит к возрастанию тока, проходящего через первичную обмотку, и, как следствие, повышается напряжение вторичной обмотки, что способствует надежному воспламенению рабочей смеси.

Неисправности катушки зажигания можно заметить по следующим признакам. Прежде всего, если она имеет высокую температуру при выключенном моторе. Причиной такого симптома может послужить поворот ключа в активное положение на довольно длительный период при выключенном двигателе. Следующим тревожным признаком является короткое замыкание, когда движок не запускается вообще, при этом появляется запах горелой изоляции и сильный , а также стартера. В этом случае необходим ремонт и замена катушки зажигания.

Понять, что срочно необходима диагностика, помогает и нестабильная работа автомобиля. Он начинает дергаться при движении на скоростях, превышающих 60 км/ч, а при длительной остановке, например в пробке, может вообще пропасть искра, тогда проверка катушки зажигания должна следовать как можно скорее.

Чем обусловлены неисправности катушки зажигания?

Представляет собой катушка импульсный трансформатор, состоящий из двух обмоток: первичной, имеющей небольшое количество витков толстого провода, и вторичной, состоящей из множества витков относительно тонкого провода. Кроме того, каждая бобина имеет добавочное сопротивление катушки зажигания. Поэтому многие неисправности могут произойти элементарно из-за разрыва какой-то из обмоток катушки , также вполне возможно и короткое замыкание в обмотках бобины.

Если ключ повернут в активное состояние, но пока что при неработающем двигателе, это приводит к чрезмерному нагреву изоляции обмоток бобины, и, как следствие, она пересыхает и осыпается. Таким образом, провода остаются оголенными, что и способствует возникновению короткого замыкания. Кроме того, подвержен старению и силикон, из которого изготовлены наконечники катушек зажигания, что способствует возникновению утечек, и двигатель «троит».

Как проверить катушку зажигания – основные методы

В принципе определить причину можно и самостоятельно, так как проверить работоспособность катушки зажигания довольно просто. Для этого необходимо снять ее. В зависимости от модели машины, искать ее следует в районе двигателя, а именно, блока цилиндров. Чтобы не навредить электрике, отсоедините минусовой провод с АКБ и разъем на катушке. Далее надо схематически зарисовать на бумаге, как именно она была установлена и, конечно же, подключена. Больше всего интересуют высоковольтные провода, вот их схема крайне важна, зарисовав ее, снимите их клеммы с катушки.

Остается открутить четыре болтика, и деталь снята. Затем осуществите визуальный осмотр на дефекты и сколы, их не должно быть. Также очистите ее корпус от грязи, ведь она способствует возникновению больших утечек напряжения . Для того чтобы проверить бобину на обрывы, необходимо знать, как прозвонить катушку зажигания, для этого вам понадобится только лишь омметр (одна его клемма подключается на вход обмотки, вторая – на выход). Сначала прозвоните первичную, а затем вторичную обмотки. Сопротивление на первой должно быть гораздо ниже, чем на второй.

Есть еще один способ, как проверить катушку зажигания, если предыдущие способы не выявили неисправностей. В этом случае необходимо подключить первичную обмотку бобины к источнику постоянного тока (12 В), подсоединив его к кнопкам, они рассчитаны на ток 20 В. Параллельно подсоедините конденсатор с такой же емкостью, как и в системе зажигания. Ко второй обмотке , и несколько раз быстро включается источник. Возникший треск свидетельствует о наличии пробоев. Таким образом, нет ничего сложного в том, как проверить исправность катушки зажигания, главное, следить за ее состоянием, так как любые неисправности могут привести к весьма негативным последствиям. Ремонт же заключается в восстановлении обмотки либо полной замене детали, это недорого, быстро и надежно.

При наличии достаточного количества свободного времени отечественные автомобилисты зачастую предпочитают заниматься ремонтом своих «железных коней» самостоятельно. В этом плане система зажигания транспортного средства не является исключением. Опытные автомобилисты знают, как самостоятельно подключить катушку зажигания, не прибегая к помощи специалистов из салонов техобслуживания.

Впрочем, подобные работы не отличаются слишком высоким уровнем сложности. Однако, как показывает практика, производя ремонтные работы системы зажигания транспортного средства, связанные с ремонтом катушки индуктивности, даже опытные автовладельцы зачастую забывают о том, провода с каким цветом изоляции к каким клеммам необходимо подключать. В дальнейшем, это может вызвать определенные сложности при монтаже.

Пошаговая инструкция – как подключить катушку зажигания своими руками:

1. Прежде всего, необходимо снять вышедшую из строя катушку индуктивности. Далее, на освободившееся место устанавливается новая катушка зажигания. Ничего сложного в этом процессе нет, однако многих автомобилистов при установке нового элемента в моторный отсек может ввести в замешательство следующее: провод какого цвета к какой клемме следует подсоединить.

2. Для тех автовладельцев, которые не смогли пока запомнить точно какого цвета провода к каким клеммам подсоединять, на всякий случай напомним: к клемме «+» катушки системы зажигания всегда подсоединяется провод с изоляцией коричневого цвета - он должен идти от замка зажигания.

3. Соответственно, к клемме «К» необходимо подсоединить провод с изоляцией черного цвета - он соединяет между собой катушку индуктивности и клемму прерывателя-распределителя системы зажигания автомобиля.

4. Последний этап: тщательно закрутите гайки на клеммах катушки и «трамблера». Катушка зажигания была подключена, ваше транспортное средство снова готово к дальнейшему использованию.