Катушка зажигания, это элемент системы зажигания двигателя, который служит для преобразования низковольтного напряжения, поступающего от аккумуляторной батареи или генератора, в высоковольтное. Основная функция катушки зажигания, является генерация высоковольтного электрического импульса на свече зажигания. Вот о том, что представляет собой катушка зажигания, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Катушка зажигания представляет собой ис­точник высокого напряжения, аналогичный по структуре трансформатору. Энергия подается из электрической системы автомобиля в тече­ние периода протекания электрического тока по первичной обмотке. В момент зажигания, который также является моментом окончания протекания тока, энергия передается в виде высокого напряжения на свечу зажигания (индуктивная система зажигания).

 

Конструкция катушки зажигания

 

Катушка зажигания включает две обмотки, магнитно-связанные друг с другом железным сердечником (см. рис. «Конструкция компактной катушки зажигания» ). Для оптимизации энергии этот сердечник может содержать по­стоянный магнит. Первичная обмотка имеет значительно меньше витков, чем вторичная. Отношение количества витков й составляет 80-150.

Во избежание пробоя или искрового пере­крытия обмотки должны иметь хорошую электрическую изоляцию. С этой целью об­мотки обычно заливаются в корпусе катушки зажигания эпоксидной смолой.

Как правило, с целью снижения потерь на вихревые токи сердечник набирается из ферромагнитных стальных пластин.

В катушку зажигания также может быть встроен задающий каскад (вместо его уста­новки в блоке управления двигателем). В ка­тушку зажигания также могут быть встроены помехоподавляющие элементы, а также диод отсечки тока высокого напряжения. Кроме того, в цепи высокого напряжения обычно устанавливается помехоподавляющий рези­стор.

 

Принцип действия катушки зажигания

 

При включении задающего каскада по пер­вичной обмотке начинает протекать ток. Ско­рость возрастания тока определяется индук­тивностью обмотки. Во время этого процесса энергия запасается в создаваемом магнитном поле. Время включения (заряда) вычисляется таким образом, чтобы к моменту окончания этого периода достигался заданный ток от­сечки и, следовательно, требуемый уровень запасенной энергии.

По истечении этого периода ток преры­вается задающим каскадом, что вызывает быстрое изменение магнитного потока в сер­дечнике катушки зажигания. Это изменение вызывает наведение напряжения во вторичной обмотке. Конструкция вторичной обмотки, ее геометрическое расположение относительно сердечника и первичной обмотки и используе­мые материалы позволяют придавать системе индуктивно-емкостные свойства и получать на вторичной обмотке катушки напряжения до 30 000 В.

После электрического пробоя между элек­тродами свечи зажигания напряжение на свече спадает до напряжения горения искры-вели­чиной около 1000 В. При этом по вторичной обмотке протекает ток искры, который с тече­нием времени снижается, пока искра не гаснет. К этому моменту вся энергия, запасенная во время процесса зарядки, оказывается полно­стью израсходованной.

Поскольку после прерывания тока в пер­вичной обмотке ток во вторичной обмотке изменяется во времени, на выходе катушки за­жигания индуцируется напряжение, подобное напряжению в начале периода заряда. Однако, это напряжение значительно ниже напряже­ния в момент зажигания и имеет полярность, противоположную этому напряжению. Чтобы предотвратить возникновение этого «переход­ного напряжения», которое может вызывать нежелательное зажигание, во вторичной цепи обычно включается высоковольтный диод (по­давляющий помехи от искры).

От конструкции катушки зажигания зави­сят ее электрические характеристики. В этом отношении определяющее значение имеют требования в отношении пространства для установки (например, геометрия головки блока цилиндров и крышки головки и рас­положение топливной форсунки и впуск­ного трубопровода) и двух интерфейсов катушки — задающего каскада, управляемого блоком управления двигателем, и свечи за­жигания.

 

Конструктивные особенности катушки зажигания

 

Существуют катушки зажигания нескольких типов, различающихся по своим конструктив­ным особенностям.

Кроме индивидуальных катушек, которые обычно крепятся прямо на свечах зажигания, несколько катушек могут быть сгруппированы в одном корпусе, в виде модуля или рампы. Этот модуль может также устанавливаться на свечах зажигания или вблизи них. В последнем случае высокое напряжение подается на свечи при помощи проводов высокого напряжения.

Кроме катушек зажигания с одним выводом высокого напряжения, существуют катушки зажигания, в которых выведены оба конца вторичной обмотки. Во избежание разряда на вторичной обмотке электрическая цепь всегда должна замыкаться через зазоры обеих свечей зажигания. Одним из возможных применений таких катушек является двойное зажигание, т.е. установка на одном цилиндре двух свечей зажигания, подключаемых к одной катушке. Другим возможным применением является подключение двух высоковольтных выводов к двум свечам зажигания, установленным на разных цилиндрах в этом случае одна из свечей всегда будет находиться в состоянии зажигания. В результате к напряжению и энергии «пассивной искры» (резервной ис­кры) предъявляются намного более низкие требования. Кроме того, это вариант является более дешевым; в то же время он должен быть согласован со всей системой в целом во из­бежание повреждений, которые могут быть вызваны «пассивными» искрами.

Катушки зажигания различаются также по их базовой конструкции. В качестве примера можно привести компактную катушку зажи­гания с равносторонним корпусом и магнитопроводом 0-1 или С-1 типа. Корпус катушки крепится на свече зажигания.

Еще один вариант конструкции — стержневая катушка, корпус которой входит в свечу за­жигания. Здесь также обмотки располагаются на 1-образном или стержневом сердечнике с концентрично расположенной пластиной, слу­жащей в качестве ярма магнита.

В целях разгрузки электронного блока управления двигателем в катушку зажига­ния может быть встроен силовой задающий каскад. В целях удовлетворения тех или иных требования на катушке зажигания могут быть установлены дополнительные электронные компоненты (см. рис. «Установка задающего (усиливающего) каскада на катушке зажигания стержневого типа» ).

 

Требования к катушке зажигания

 

Основные требования, предъявляемые к со­временным системам зажигания, вытекают из требований к снижению токсичности отрабо­тавших газов и расхода топлива. Требования к катушкам зажигания зависят от соответствую­щих технических решений двигателей, таких как турбонаддув высокого давления и работа в режиме послойного распределения заряда топлива (в системах прямого впрыска топлива с нацеливанием струи) в сочетании с увели­чением степени рециркуляции отработавших газов (EGR).

В частности, для современных систем за­жигания требуются катушки с более высоким выходным напряжением и повышенной тем­пературной стойкостью. Среди прочего, это может быть достигнуто за счет:

• Применения катушек с высокой энергией и высоким выходным напряжением (свыше 40 000 В);
• Применения систем многоискрового за­жигания (MSI) с электронными системами управления на основе специализированных интегральных схем (ASIC), с измерением тока в первичной и вторичной обмотках,
• Диагностических функций (например, мони­торинг времени заряда, измерение ионного тока для диагностики процессов сгорания топлива);
• Защитных функций (например, тепловая защита или регулирование тока отсечки).

 

Кроме того, в настоящее время в отношении автомобилей действуют строгие требования к электромагнитной совместимости (ЕМС). Высокие напряжения зажигания, высоко­частотные токи в системах многоискрового зажигания и более высокие токи отсечки требуют принятия мер к снижению уровня помех, создаваемых системой зажигания, во избежание сбоев в работе других компонентов (электронных блоков управления, датчиков, исполнительных устройств.

Все более широкое применение электрон­ных компонентов в катушках зажигания вы­двигает более строгие требования к их по­мехозащищенности. Во избежание сбоев в работе эти электронные системы должны быть невосприимчивы к помехам, создаваемым как самой системой зажигания, так и другими ком­понентами и системами автомобиля.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: