Как устроена катушка зажигания — блог kitaec.ua
- Как устроена катушка зажигания?
- Принцип действия катушки зажигания
- Виды катушек зажигания
- Как проверить катушку зажигания?
Катушка зажигания – один из основных элементов запуска автомобильного мотора. Низкое напряжение силой в 12В подается из генератора или аккумулятора и трансформируется в переменный импульс высокого вольтажа силой в 15 000-30 000В. Этот импульс, в свою очередь, создает искру между двумя электродами свечи зажигания. И уже она берет участие в поджиге топливно-воздушной смеси и запускает двигатель.
Впервые индукционная катушка была изобретена в 1851 году инженером из Германии Генрихом Румкорфом. Тогда это изобретение сделало значительный прорыв в научной сфере изучения электричества и его возможностей. Позже во времена активного развития машиностроения катушка начала активно использоваться в автомобильном строительстве. Сейчас трудно представить автомобиль без этого небольшого трансформатора.
Как устроена катушка зажигания?
Как уже говорилось, катушка зажигания представляет собой трансформатор с двумя обмотками: первичной и вторичной, внутри которых находится стальной сердечник, а снаружи – изолированный корпус.
Первичная обмотка состоит из толстого медного изолированного провода и насчитывает от 100 до 150 витков. Обмотка имеет выводы 12 вольт.
Вторичная обмотка, как правило, располагается снаружи первичной. Она состоит из 15000-30000 витков тонкой медной проволоки. Такая система характерна как для модуля зажигания, для катушки зажигания сдвоенного типа, так и для индивидуальной катушки. Во вторичной обмотке создается импульсное напряжение до 35 000 вольт, которое и подается к свечам зажигания.
Катушка зажигания автомобиля масляного типа заполняется трансформаторным маслом, которое предохраняет ее от нагрева.
Принцип действия катушки зажигания
Принцип работы катушки достаточно прост. Как только прерыватель замыкает электрический контур, ток от аккумулятора с напряжением в 12 В поступает в проволоку первичной обмотки и генерирует вокруг нее силовое поле магнитного происхождения.
Искра появляется в момент разрыва контакта прерывателем в цепочке первичной обмотки. В тот момент, импульс высокого напряжения из витков обмотки из тонкой проволоки подается на изолированный «бронепровод» высокого вольтажа. Выходит через центральную клемму катушки и далее держит свой путь к распределителю зажигания или прямиком на свечку. Замыкание цепи и вывод импульса на свечу создает искру необходимого размера (не менее 1 мм), которая и зажигает топливно-воздушную смесь и запускает работу двигателя.
Виды катушек зажигания
В процессе усовершенствования автомобильных конструкций выработались несколько схем зажигания. В связи с этим, на данный момент существует несколько разных по конструкции катушек:
- Общая;
- Индивидуальная;
- Сдвоенная.
Общая – самая популярная для систем зажигания с отдельным распределением на свечи, контактных и бесконтактных. Она широко используется в автомобилях, производимых до 2000 года. Схема зажигания с катушкой общей конструкции выглядит следующим образом:
- Мозги (электронный блок управления, ЭБУ) подают на нее низковольтный ток из аккумулятора.
- Процесс преобразование в катушке.
- Подача импульса в распределитель.
- Подача на свечи зажигания из распределителя.
Индивидуальные работают напрямую с ЭБУ и установлены прямо на свечу. Устанавливаются в новых автомобилях, выпускающихся после 2000 года.
Сдвоенная катушка представляет собой модуль из двух устройств с двумя высоковольтными выводами. Она одновременно подает импульс для синхронного произведения искры в двух элементах зажигания. Соединяется со свечками двумя способами:
- Высоковольтным кабелем
- С одной свечкой через прямой наконечник, со второй через провод высокого вольтажа.
Как проверить катушку зажигания?
Катушки зажигания – достаточно надежные и долговечные узлы, но могут полностью или частично выходить из строя. Главные причины этого:
- Механические повреждения — старение изоляции, протекания масла через уплотнители, которое попадает на изоляцию или корпус катушки и разрушает их. Ремонт в данном случае вряд ли возможен, лучший вариант — полная замена узла.
- Повреждения контактного соединения из-за попадания влаги или химии, которой посыпают дорогу зимой.
- Вибрации, которые идут от головки блока цилиндров (ГБЦ). Для минимизации их количества, следите за работой двигателя (чтобы он работал без детонации и с исправными подушками).
Менять катушку зажигания следует при появлении признаков неисправности, среди которых:
- мотор начинает «троить». Особенно троит на морозе, пока не нагреется;
- случаются перебои в работе двигателя во влажную погоду;
- при резком нажатии на педаль газа наблюдается провал в работе мотора.
*При неисправной катушке на машинах с ЭБУ на приборной панели активизируется значок Check Engine. Хотя все выше перечисленное может означать и поломку свечей зажигания, к примеру. Все же при появлении даже одного признака, следует выполнить диагностику катушки (катушек) зажигания.
Определить неисправную катушку можно несколькими способами.Метод проверки «на искру». Для начала визуально проверьте целостность изоляции высоковольтной проводки. Начиная свечами зажигания и заканчивая катушкой. При этом зажигание должно быть отключено (ключ находиться в положении 0).
Если с изоляцией все в порядке, снимите наконечник со свечи первого цилиндра и подсоедините его к заранее подготовленной рабочей свече. Далее
поверните ключ зажигания, как заводите машину. Если катушка исправна, то между электродами свечи появится искра. При этом нужно обращать внимание на ее цвет. Нормальная рабочая искра имеет ярко-фиолетовый оттенок, если же искра желтоватая и слабая — проблемы с проводкой или катушкой.
Если же искры нет вовсе, значит, катушка зажигания неисправна.
*При работе с системой зажигания соблюдайте осторожность. Не прикасайтесь к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
Если в двигателе установлены индивидуальные катушки, то проверить их можно, переставляя на другие свечи. При этом проводку лучше не трогать, чтобы не повредить ее целостность.
Проверка мультиметром. Метод проверки заключается в измерении значения сопротивления изоляции проводов в обмотках катушки при помощи такого прибора как мультиметр. Катушку зажигания лучше снять с автомобиля. Процедура несложна, главное знать, где расположены выводы первичной и вторичной катушек, так как измерять сопротивление нужно на них обеих.
*Сначала проверьте исправность мультиметра: включите режим измерения сопротивления и замкните щупы между собой. На экране должен быть 0.
Два щупа мультиметра попарно подсоединяют (касаются) к выводам первичной обмотки.
Если значение маленькое — в обмотке повредилась изоляция, и вы имеете дело с коротким, скорее всего межвитковым, замыканием. Если сопротивление слишком велико — провод обмотки оборвался и нет нормального контакта. В любом случае надо или выполнять ремонт, или просто заменить катушку.
Если вы имеете дело с индивидуальными или двухвыводными катушками, то здесь дело обстоит несколько иначе. Значение на первичной обмотке должны быть аналогичными. А что касается «вторички», то значение сопротивления будут идентичными на обоих выводах. Если на машине установлена катушка с четырьмя выводами, то проверку нужно делать на всех выводах. Также учтите, что при измерении сопротивления на вторичной обмотке важно учитывать полярность.
Проверка осциллографом. Это самый профессиональный метод проверки катушки, только он способен дать полную информацию о состоянии системы зажигания, и в частности, катушек зажигания. Поэтому в сложных случаях имеет смысл воспользоваться электронным осциллографом и дополнительным программным обеспечением. Особенно актуально когда есть так называемое межвитковое замыкание на катушках вторичного напряжения (с высоким напряжением).
Замена катушек, как и их проверка, достаточно простое задание. Но для исключения риска поражения высоким напряжением, лучше доверить эту процедуру профессионалам.
Как проверить исправность катушки зажигания
Катушка зажигания создает высокое напряжение, которое требуется для работы самой системы и создания искры между контактами свечей зажигания. Большинство двигателей с распределительной системой зажигания оснащается одной катушкой зажигания, в некоторых случаях – двумя катушками зажигания.
В системах без распределителя зажигания (DIS) применяется несколько катушек зажигания. В двухискровых системах на каждую пару цилиндров приходится одна катушка зажигания. В других системах DIS и системах с катушками карандашного типа на одну свечу (COP) на каждый цилиндр или свечу зажигания устанавливается собственная катушка зажигания.
Катушка зажигания играет роль трансформатора напряжения. Она превращает напряжение 12В в несколько тысяч вольт.
Вторичное напряжение создает искру в зазоре между электродами свечи, оно зависит от зазора, электрического сопротивления свечи зажигания и высоковольтных проводов, состава топливовоздушной смеси, нагрузки на двигатель и температуры свечи. Напряжение может меняться от 5000 вольт до 25000 вольт и более. В некоторых системах достигается максимальное напряжение, равное 40000 вольт.
Как работает катушка зажигания
В катушке зажигания имеются две обмотки, которые намотаны на пластинчатый металлический сердечник.
Первичная обмотка, имеющая несколько сотен витков, соединена с двумя внешними контактами катушки. Положительный вывод (+) катушки подключен к выключателю зажигания и АКБ, а отрицательный вывод (-) – к модулю зажигания и затем на «массу» кузова. Вторичная обмотка имеет несколько тысяч витков и подсоединена одним концом к положительному контакту первичной обмотки, а другим – к высоковольтному выводу в центральной части катушки.
Соотношение витков вторичной и первичной обмоток составляет 80 к 1. Чем выше соотношение, тем выше выходное напряжение катушки. Мощные катушки зажигания обычно имеют более высокое соотношение числа обмоток по сравнению со стандартными катушками.
После замыкания первичной обмотки на «массу» по ней протекает электрический ток. Он создает сильное магнитное поле вокруг металлического сердечника и «заряжает» катушку энергией. Требуется примерно 10-15 мс для максимальной зарядки катушки зажигания.
Затем модуль зажигания размыкает первичную цепь катушки.
Это приводит к внезапному исчезновению магнитного поля. Энергия, запасенная в катушке, создает ток во вторичной обмотке. В зависимости от соотношения числа витков обмоток напряжение увеличивается в 100 или более раз. Этого достаточно, чтобы между контактами свечи зажигания «пробежала» искра.
Неисправности катушек зажигания
Катушки зажигания очень надежные и прочные устройства. Причинами неисправности данных трансформаторов могут быть нагрев и вибрация, при этом повреждаются обмотки и возникает пробой изоляции, что в свою очередь приводит к короткому замыканию или обрыву цепей обмоток. Наибольшую опасность для катушки зажигания представляет перегрузка, вызванная неисправностью свечи зажигания или высоковольтного провода.
Если свеча зажигания или высоковольтный провод повреждены и имеют чрезмерно высокое сопротивление, напряжение катушки зажигания может повышаться для пробоя ее изоляции.
Изоляция большинства катушек зажигания может получить повреждение в результате превышения напряжения в 35000 вольт.
После этого вторичное напряжение катушки зажигания падает, появляются пропуски зажигания под нагрузкой, катушка не выдает напряжения, достаточного для работы и пуска двигателя.
Если на положительном контакте катушки имеется напряжение АКБ и при замыкании на «массу» модулем зажигания она не создает искру, значит, катушка неисправна и требует замены.
Подсказка: если модуль зажигания несколько раз не сработал, это, возможно, связано с неисправностью катушки зажигания. Внутренние пробои или замыкания в катушке зажигания могут стать причиной неисправности модуля зажигания.
Диагностика катушки зажигания
Если неисправность возникла в системе зажигания распределительного типа, она оказывает влияние на работу всех цилиндров двигателя. Двигатель трудно запустить или возникают пропуски зажигания под нагрузкой, которые происходят то в одном, то в другом цилиндре. В системах, не имеющих распределитель зажигания (DIS), или оснащенных катушками карандашного типа (COP) на каждую свечу неисправность в катушке зажигания влияет на работу только одного цилиндра (или двух цилиндров, если применяется двухискровая система зажигания DIS с так называемой «холостой» искрой).
Здесь оба цилиндра работают от одной катушки, но в разных циклах.
Если двигатель работает неровно (с пропусками зажигания) и включается лампа «Проверить двигатель», необходимо использовать диагностический сканер для проверки кода, связанного с пропусками зажигания.
На двигателях 1996 г. выпуска и более современных моторах с системой OBD II неисправность катушки обычно отображается в форме кода P030X. Здесь «X» представляет собой номер цилиндра, в котором возникают пропуски зажигания. Код P0301, например, означает, что в цилиндре #1 зафиксированы пропуски зажигания. Но пропуски зажигания могут возникнуть не только в результате поломки в системе зажигания, но также из-за проблем в системе подачи топлива, цилиндро-поршневой группы, поэтому пропуски зажигания не всегда являются прямым следствием неисправной катушки, свечи зажигания или высоковольтного провода.
Если произошло замыкание или обрыв в цепях катушки зажигания, может быть выдан соответствующий код.
При его отсутствии необходимо измерить сопротивление первичной и вторичной обмоток зажигания цифровым мультиметром. Необходимо также снять и проверить состояние свечи зажигания, в том числе зазор между контактами и цвет нагара на контактах свечи. Возможно, пропуски возникают в результате масляных отложений или сильного нагара. Также следует проверить высоковольтный провод, чтобы убедиться в том, что его сопротивление соответствует требуемому значению.
Если катушка, свеча зажигания и высоковольтный провод в порядке, пропуски зажигания являются следствием загрязнения или повреждения топливной форсунки (следует проверить сопротивление форсунки и напряжение питания, использовать индикатор «NOID» для проверки наличия импульсов управления блока PCM). Если форсунка исправна, следует проверить компрессию, исправность клапанов или наличие утечки через прокладку головки блока цилиндров.
Замечание: ваш двигатель с системой зажигания COP прокручивается как положено, но при этом отсутствует искра, в этом случае проблема отнюдь не в одной или нескольких катушках зажигания.
Вероятно, неисправен датчик положения коленчатого или распределительного вала, отсутствует напряжение питания в системе зажигания или вышел из строя модуль зажигания (при его наличии), неисправна цепь управления катушками зажигания блока PCM.
Проверка катушки зажигания
Предупреждение: запрещено отсоединять высоковольтный провод от свечи зажигания или с катушки зажигания для проверки искры. Помимо поражения электрическим током снятие провода сулит резкий рост вторичного напряжения и опасность повреждения катушки. Единственный правильный способ проверить искрообразование состоит в том, чтобы использовать тестер для свечей зажигания KV/ARC или щуп для проверки системы зажигания COP.
При наличии неисправности в катушке следует измерить сопротивление первичной и вторичной обмоток с помощью омметра. Если есть отклонение от нормы, катушку меняют.
Катушку зажигания также можно проверить с помощью омметра с 10МОм входным сопротивлением.
См. руководство по ремонту для получения сведений о характеристиках катушки зажигания.
Для тестирования катушки зажигания целесообразно подключить измерительные провода к контактам первичной обмотки (+ и -). В большинстве случае сопротивление обмотки составляет 0,4 – 2Ом. Нулевое сопротивление свидетельствует о коротком замыкании в катушке, а высокое сопротивление указывает на обрыв в цепи.
Вторичное сопротивление измеряется между положительным контактом (+) и выводом высокого напряжения. Современные катушки зажигания с пластинчатым сердечником обычно имеют сопротивление 6000-8000Ом, в другие свыше 15000Ом.
В катушках других конструкций первичные контакты могут быть расположены в разъеме или спрятаны. См. данные руководства по ремонту для поиска контактов обмоток и тестирования катушки зажигания.
Неисправная катушка зажигания может вывести из строя блок PCM
Чем ниже сопротивление в первичной обмотке, тем выше ток через катушку, а, значит, и риск выхода из строя блока PCM.
Это может также привести к снижению вторичного напряжения, слабому искрообразованию, затрудненному пуску двигателя, вибрациям, пропускам зажигания под нагрузкой или в момент ускорения.
Значительное сопротивление или обрыв первичной цепи катушки зажигания не всегда ведет к выходу из строя блока PCM, но оно сопровождается падением вторичного напряжения.
Короткое замыкание во вторичной обмотке катушки зажигания сокращает эффективность искрообразования, но модуль PCM не ломается.
Следствием повышенного сопротивления или обрыва во вторичной обмотке катушки может стать ослабление или отсутствие искры в цилиндрах или поломка блока PCM из-за сильной самоиндукции в первичной обмотке.
Замена катушки зажигания
Новая катушка должна быть аналогична заменяемой (если вы не планируете усовершенствовать систему зажигания).
При замене катушки зажигания все контакты и соединения необходимо очистить, проверить отсутствие коррозии и надежность подключений.
Коррозия повышает сопротивление в электрических проводниках, неустойчивое соединение (дребезг), обрыв, что, в конечном счете, сокращает срок службы катушки. Для снижения опасности пробоя из-за повышенной влажности рекомендуется использовать диэлектрическую свечную смазку на контактах катушки. Например, на двигателях Форд с катушками COP влажность является основным фактором выхода из строя катушек зажигания.
Если двигатель имеет неисправность, катушки будут работать в жестких условиях. Неисправности могут быть вызваны высоким вторичным сопротивлением (изношенные свечи зажигания или большой зазор между электродами свечи), обеденная топливовоздушная смесь (загрязнение форсунок, утечка разрежения или негерметичность клапана рециркуляции отработанных газов).
При большом пробеге (двигатель с системой зажигания COP) следует установить новые свечи зажигания в случае неисправной катушки, свечи эксплуатируются более 45000 миль, а платиновые или иридиевые свечи – свыше 100000 миль
Комплекты катушек зажигания: простое руководство
Как работает катушка?
Катушка работает по простому электрическому принципу повышающего трансформатора.
Он делает это с помощью двух отдельных катушек провода, намотанных вокруг центрального сердечника, и все они находятся внутри изолированного корпуса. Один провод, называемый вторичным, состоит из на тысячи витков больше, чем другой, называемый первичным. Разница в количестве витков (представьте себе катушку с нитками) определяет уровень напряжения, которое выходит на данный вход. Если хотите, Статья в Википедии о трансформаторах очень подробно описана.
Первичный провод получает низкое напряжение от батареи, которая создает вокруг себя магнитное поле. Однако в тот момент, когда поток прерывается системой зажигания или электронным блоком управления (ЭБУ), магнитное поле разрушается, создавая или индуцируя более высокое напряжение во вторичном проводе, который идет к свече зажигания.
Почему выходит из строя катушка?
Блоки катушек зажигания ненавидят жару и вибрацию, поэтому горячему моторному отсеку им трудно жить. Со временем температура и тряска могут разрушить обмотки и изоляцию катушки.
Если внутренняя изоляция пробивается, это может вызвать короткое замыкание в обмотке, что ограничивает величину повышения напряжения.
Еще одна причина отказа катушки – образование трещин в ее изолированном корпусе. Эти трещины могут позволить влаге периодически закорачивать обмотки, вызывая неравномерную работу.
Последней причиной отказа катушки является перегрузка, вызванная изношенными свечами зажигания с межэлектродным зазором, выходящим за указанные пределы, или поврежденными проводами. Со временем необходимое напряжение может возрасти до уровня, вызывающего перегрев катушки и короткое замыкание.
Как диагностировать неисправную катушку?
Неисправная катушка зажигания проявляется по-разному, включая пропуски зажигания в двигателе, обратные вспышки, нежелание запуска, снижение мощности, повышенную тягу к бензину или запах несгоревшего топлива. Если в вашем автомобиле система зажигания на основе распределителя, это повлияет на все свечи зажигания, но если это современный автомобиль с зажиганием, запускаемым компьютером, может быть затронута только одна свеча или две, если они имеют одну и ту же катушку.
Если ваш автомобиль пропускает зажигание в сырую погоду, первым делом утром или в очень жаркую или холодную погоду, причиной вполне может быть маргинальная катушка.
Если ваш автомобиль был построен после 1996 года, он должен иметь порт OBD II (бортовая диагностика) с обнаружением пропусков зажигания, и в случае повторных пропусков зажигания загорится индикатор проверки двигателя. Вы можете опросить его с помощью диагностического инструмента, проверив код P030X, где X – это номер неисправного цилиндра.
Конечно, причиной неисправности цилиндра могут быть всевозможные проблемы с зажиганием и подачей топлива, а не только неисправная катушка. По этой причине вам следует снять и проверить свечу зажигания и провод свечи зажигания, если таковой имеется. Проверьте надежность и целостность самой катушки, ищите внешние трещины.
В большинстве автомобилей с несколькими блоками катушек вы можете заменить катушку в цилиндре с пропусками зажигания на другую, исправную.
Если катушка неисправна, код пропуска зажигания теперь должен перейти на другой цилиндр.
Что делать, если неисправна катушка?
Комплекты катушек легко заменяются механиком-слесарем. Как только вы найдете катушку или пакеты катушек, что будет довольно легко, как только вы снимите крышку двигателя, обычно есть только один винт или небольшой болт, удерживающий ее. Снимите болт, потяните за катушку, и она выскочит.
Неисправный блок невозможно починить.
Комплект катушек зажигания: простое руководство
Как работает катушка зажигания?
Катушка зажигания работает по принципу повышающего трансформатора, поскольку она преобразует одно напряжение в другое, более высокое. Он делает это с помощью двух отдельных проводов, намотанных друг вокруг друга, оба из которых намотаны вокруг центрального железного сердечника, и все они заключены в изолированный корпус.
Один провод, называемый вторичным, состоит из на тысячи витков больше, чем другой, называемый первичным.
Это важно, потому что количество витков (представьте, что это волокна) определяет уровень напряжения, которое может выдержать провод. Магнитный сердечник позволяет электрической энергии проходить от первичного провода к вторичному.
Первичный провод получает низкое напряжение от батареи и создает вокруг себя магнитное поле.
Однако в тот момент, когда поток прерывается распределителем или, в более современных системах зажигания, электронным блоком управления (ЭБУ), магнитное поле разрушается, создавая или индуцируя более высокое напряжение во вторичном проводе, идущем к свече зажигания. .
Почему блок катушек выходит из строя?
Горячий моторный отсек является непростым местом для любого чувствительного электрического оборудования, такого как катушка зажигания. Нахождение прямо над двигателем не помогает.
Здесь катушка зажигания то нагревается, то охлаждается, и подвергается сильным вибрациям от двигателя. Со временем эти силы могут разрушить обмотки и изоляцию катушки.
Однако основной причиной отказа катушки является перегрузка по напряжению, вызванная изношенными свечами зажигания с межэлектродным зазором, выходящим за указанные пределы, или поврежденными кабелями и проводами.
Со временем выходное напряжение катушки может подняться до опасного уровня, вызывая короткие замыкания, когда она прожигает изоляцию.
Как диагностировать неисправную катушку зажигания?
Пропуски и обратное зажигание двигателя, плохой запуск, низкая производительность и низкий расход топлива — все это возможные признаки неисправного блока катушек. Если в вашем автомобиле система зажигания на основе распределителя, это повлияет на все свечи зажигания, но если это современный автомобиль с электронным зажиганием, может быть только одна свеча или две, если они имеют одну и ту же катушку.
Если ваш автомобиль был построен после 1996 года и имеет порт OBD II (бортовая диагностика) с обнаружением пропусков зажигания, опросите его с помощью считывателя кодов неисправностей, проверив код P030X, где X — номер неисправного цилиндра.