Катушка зажигания: назначение, устройство и принцип работы

Катушка зажигания: назначение, устройство и принцип работы

Воспламенение воздушно-топливной смеси — один из ключевых этапов работы ДВС, при котором запускается реакция сгорания, преобразующая энергию топлива в движение.В этом процессе участвуют различные компоненты двигателя, такие как свеча, провода и катушка зажигания.Важно понимать, что катушка зажигания играет особую роль в начале воспламенения: она вырабатывает высокое напряжение, необходимое для подачи искры на свечу.

В стандартной системе зажигания к свечам каждого цилиндра идут провода, по которым передаётся высоковольтное напряжение.Контроль подачи напряжения и координацию работы свечей осуществляет специальное устройство — механический распределитель.

Подобная система функционирует соответствующим образом: катушка зажигания направляет напряжение через крышку распределителя к проводу свечи, после чего оно достигает центрального проводника (электрода) и образует искровой разряд.

Как устроена катушка зажигания?

Чтобы поджечь смесь на свече зажигания, стандартного напряжения аккумулятора (обычно 12V) недостаточно, поэтому здесь применяется катушка зажигания.Соответствующее устройство способно преобразовать небольшое постоянное напряжение в высокое импульсное, создавая разряд величиной до 2–3 тыс. V.

Можно сказать, что устройство всех катушек зажигания практически идентично: каждая имеет две медные обмотки на общем ферромагнитном сердечнике.По сути это простейший вид трансформатора.
Как и у всех подобных устройств, первичная обмотка формируется из сравнительно малого количества витков проволоки большего диаметра, а вторичная обмотка состоит из большого числа тонких витков проволоки.Математически, их соотношение в среднем можно выразить как 1:175.

Из чего состоит катушка зажигания?

1.Высоковольтная клемма
Это элемент катушки зажигания, предназначенный для передачи высоковольтного импульса от катушки к свече зажигания.

2.Клемма 15 (+)
Является контактом в электрической системе автомобиля, через который при включённом зажигании подаётся питание от АКБ на цепи зажигания и реле стартера.

3.Клемма 1
Это контакт катушки, обычно соединенный с контактом прерывателя или блоком зажигания

4.Изоляционная крышка
Элемент, предназначенный для защиты выводов и контактов от случайного замыкания и внешних воздействий.

5.Пресс-компаунд
Это защитная заливка катушки, предотвращающая короткое замыкание и обеспечивающая стабильность работы.

6.Железный сердечник
Металлическая часть катушки зажигания, вокруг которой наматываются первичная и вторичная обмотки. Сердечник концентрирует и усиливает магнитное поле.

7.Соединение вторичной обмотки
Выполняет функцию передачи высокого напряжения от катушки к свечам зажигания.

8.Обшивка из листового металла
Металлический корпус компонента, способствующий замыканию магнитной цепи.

9.Вторичная обмотка
Часть катушки, состоящая из большого числа витков тонкой медной проволоки.

10.Первичная обмотка
Часть катушки зажигания, состоящая из сравнительно небольшого числа витков толстой медной проволоки.

11.Намотанные слои изоляционной бумаги
Изоляционный материал, используемый в катушке зажигания для разделения витков обмоток и предотвращения короткого замыкания.

12.Изолятор
Элемент, предназначенный для фиксации сердечника и электрической изоляции токоведущих частей от корпуса и других деталей.

Как работает катушка зажигания?

Питание на клемму 15 катушки зажигания подаётся через замок зажигания от положительной клеммы аккумулятора, при этом клемма 1 подключена к массе (корпусу) через другое соединение.При замыкании цепи, ток, проходящий через первичную обмотку, формирует магнитное поле.

Когда цепь размыкается, магнитное поле начинает ослабевать и в итоге пропадает.В то же самое время во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется высокое напряжение, которое значительно превышает напряжение первичной обмотки.Происходит это за счёт индукции, когда исчезающее магнитное поле первичной обмотки пересекает большое число витков вторичной обмотки, что создаёт импульс напряжения, способный пробить зазор свечи зажигания.

Простыми словами, высокое напряжение во вторичной обмотке возникает из-за большого числа её витков по сравнению с первичной.Этот процесс является преобразованием напряжения.

Технологические особенности катушек зажигания

Одноискровая катушка зажигания:
Представляет собой катушку, подающую напряжение только на один провод за раз.
Типичный пример такой системы — катушка с распределителем: искровая энергия направляется на распределитель, который подключает катушку к соответствующей свече, ориентируясь на порядок работы цилиндров.В наши дни такой подход продолжает оставаться востребованным среди автопроизводителей, особенно в системах с индивидуальными катушками, где каждая катушка обеспечивает подачу искровой энергии только на один цилиндр.

Двуискровая катушка зажигания:
Это устройство, которое имеет несколько выводов напряжения и одновременно может создавать искру на двух свечах зажигания.
Его принцип работы следующий: высоковольтный импульс подаётся поочерёдно на обе свечи, обычно в паре противоположных цилиндров (1 и 4; 2 и 3), благодаря чему уменьшается количество катушек в двигателе. Каждая свеча получает искру только в нужный момент рабочего цикла.

Стоит отметить, что из-за разницы фаз зажигания в цилиндрах четырёхтактного двигателя в определенный момент только один цилиндр может находиться в такте рабочего хода (т.е. осуществлять процесс воспламенения). Остальные цилиндры в это время выводят отработавшие газы через выпускной клапан.
Простыми словами, в определенный момент искра также возникает и в цилиндре, где воспламенение прямо сейчас невозможно. Это явление называется "потерянной искрой"

Разновидности катушек зажигания

1.Цилиндрическая катушка зажигания:
Цилиндрическая катушка зажигания — это тип катушки зажигания, у которой корпус выполнен в форме цилиндра. Она чаще всего используется в старых автомобилях с распределителем и в простых системах зажигания. Изолятором в такой катушке обычно служит масло. Её главный минус — ограниченная надёжность при высоких нагрузках и склонность к протечкам масла.

2.Катушка зажигания с распределителем:
Катушка зажигания с распределителем — это классическая система зажигания, в которой катушка вырабатывает высоковольтный импульс, а распределитель направляет его на соответствующую свечу зажигания в порядке работы цилиндров. Этот тип катушки компактнее и эффективнее цилиндрической, но имеет свои недостатки: склонность к износу распределителя и контактных элементов, а также повышенная восприимчивость к влаге.

3.Блочная катушка зажигания
Это современная разновидность катушек зажигания, в которой несколько первичных и вторичных обмоток объединены в одном корпусе (блоке) для питания нескольких свечей одновременно. В отличие от цилиндрических или распределительных катушек, блочные обычно устанавливаются непосредственно на свечи зажигания или рядом с ними, что уменьшает потери энергии и повышает надёжность системы.

4.Индивидуальные катушки зажигания
Этот тип катушек был создан для того, чтобы каждая свеча имела собственную катушку. Такой подход позволяет напрямую подавать высоковольтный импульс без использования распределителя, что повышает точность зажигания, надёжность системы и снижает потери энергии.