Катушка зажигания автомобиля, если сравнивать с человеческим организмом, можно назвать сердцем системы зажигания, т. к. именно она отвечает за организацию и своевременную подачу высокого напряжения на свечи зажигания. Катушка является неотъемлемой составляющей любой системы зажигания (контактной, бесконтактной или электронной). Катушка представляет собой что-то вроде миниатюрного трансформатора с двумя обмотками, который обычные 12 вольт преобразует в 25000 вольт. Впечатляет, не так ли?
Признаки неисправности катушки:
Нестабильная работа мотора, двигатель что называется «троит», возникают провалы и т. д. При неисправной катушке в сырую погоду мотор «троит» еще чаще. Также при данной поломке троить может в холодное время года.
После резкого нажатия на педаль газа возникает провал оборотов двигателя.
На панели загорается «CHECK ENGINE», а после подключения компьютера ошибки свидетельствуют о неисправности в системе зажигания. У каждого авто код ошибки будет разный.
Почему катушка зажигания выходит из строя?
На самом деле причин может быть очень много: от банальных механических, до замысловатых логических, которые зачастую связаны с другими узлами и деталями.
Как правило, в первую очередь «подозреваются» свечи зажигания. Если они некачественные или неисправные, то вполне вероятно, что неисправность катушки именно их заслуга. Не гонитесь за дешевизной и покупайте только качественные свечи. Причина, как говорят специалисты, заключается в обратных газах и пробое изолятора, что в результате плохо сказывается на состоянии резинового наконечника катушки.
Второй фактор, влияющий на состояние катушки зажигания — перегрев. В принципе, катушки должны правильно работать при любой температуре двигателя, однако на деле, если мотор постоянно греется или работает в тяжелых условиях, «смерть» катушки зажигания наступает гораздо раньше.
Чем грозит эксплуатация авто с неисправной или нерабочей катушкой:
Перерасход топлива и падение мощности двигателя;
Оплавление катализатора выпускной системы.
Как проверить катушку зажигания в домашних условиях?
Наиболее простым и доступным способом считается проверка катушки зажиганиянепосредственно в то время, когда двигатель «троит». Необходимо по очереди отключать коннекторы от каждой катушки, в результате, когда вы отключите фишку от работающей катушки мотор поменяет свою «работу», она станет нестабильной, возникнут провалы. Если же вы отключите нерабочую или неисправную катушку — работа двигателя не поменяется.
Есть также вариант, предусматривающий снятие катушки. Снятая катушка зажигания позволяет измерить сопротивление обмоток (первичной и вторичной), а также между контактами и выходом на свечу. Измерение производится поочередно, после чего результаты на каждой из катушек сверяются. Сопротивление исправной катушки не должно сильно отличаться. Следует также обратить внимание на состояние электродов свечей, если катушка зажигания неисправна — свечи, как правило, имеют нагар и могут быть влажными.
На некоторых авто функция самодиагностики помогает понять какой из цилиндров не работает. Если у вас только «CHECK ENGINE «, то не факт, что причина именно в катушке зажигания.
Как проверить катушку зажигания? «Дедовский метод»
Необходимо выкрутить свечу и снять высоковольтный провод.
Подключите ВВ провод к свече зажигания и прислоните ее к корпусу двигателя.
Заведите двигатель и убедитесь, что искра поступает на свечу. Если все в порядке, то между свечкой и корпусом вы увидите огонек голубоватого цвета. Появление искры может сопровождаться треском как от разряда. Если же во время проведения эксперимента вы ничего не увидели, причина может крыться в неисправной свече, ВВ проводе, или неисправности катушки зажигания. На некоторых авто проводить такие «домашние опыты» крайне нежелательно, т. к. они могут закончиться неисправностью вполне рабочей катушки.
Как проверяют неисправность катушки зажигания профессионалы?
У специалистов есть, так называемые мотор-тестеры, их еще называют сканеры, с их помощью можно проанализировать работу электросистемы автомобиля в целом, а также неисправность катушки, в сущности. Профессиональные диагносты не одобряют «ручное отключение катушки», поскольку это может повлиять на работу ЭБУ, вплоть до полного вывода из строя этого узла.
Используется как высоковольтный повышающий трансформатор — накопитель электрической энергии в индуктивности для создания напряжения, при котором, при определённых условиях, на электродах свечей зажигания произойдёт искровой разряд с образованием дугового разряда, продолжительностью до 3 мс. Распределение высоковольтных импульсов по свечам осуществляется без высоковольтного распределителя и чаще всего с использованием индивидуальных и двухвыводных катушек зажигания (для двигателей с чётным числом цилиндров). Такой способ называют статическим распределением.
Использование таких катушек возможно в четырехтактном двигателе с чётным числом цилиндров. Если двигатель 4-х цилиндровый, то первая свеча сгруппирована с четвёртой, а вторая — с третьей. При таком соединении «рабочие» искры создаются в цилиндрах в конце такта сжатия, а «холостые» — в конце такта выпуска.
Рис. Осциллограммы вторичного напряжения на двухвыводной катушке.
Осциллограмма такого процесса приведена на рисунке «Рабочие» искры поджигают топливо воздушную смесь, а «холостые» — разряжаются в среде отработанных газов. Первые двухвыводные катушки зажигания были выполнены на базе одновыводных маслонаполненных катушек с разомкнутым магнитопроводом в металлическом корпусе. Не получили распостранение из-за увеличенных габаритов и массы.
Позже были разработаны «сухие» двухвыводные катушки зажигания с разомкнутым магнитопроводом. Вторичная обмотка имеет две секции и намотана сверху первичной, что обеспечивает улучшенную изоляцию выводов высокого напряжения. Обмотки катушки пропитаны компаундом и опресованы полипропиленом. Охлаждение первичной обмотки катушки осуществляется через центральный стержень магнитопровода, который имеет крепежное отверстие. В настоящее время более распостранены катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом — трасформаторы зажигания. Сердечник катушки набран из тонких листов электротехнической стали и состоит из двух половин. Обмотки намотаны на каркасы, имеют повышенную изоляционную стойкость. После сборки катушки заливаются эпоксидным компаундом.
В некоторых модификациях систем управления применяются 4-х выводные катушки зажигания, состоящие из двух двухвыводных катушек, собранных на общем магнитопроводе. Взаимное влияние катушек исключается, использованием двух воздушных зазоров размером 1 -2 мм. Более распространённой является 4 х выводная катушка с высоковольтными диодами. Такая катушка имеет две встречно намотанные первичные обмотки и одну вторичную. Полярность вторичного напряжения определяется направлением укладки витков в первичных обмотках и поданным напряжением.
Рис. Четырёхвыводная катушка зажигания с двумя воздушными зазорами в магнитопроводе.
Если в точке S напряжение имеет положительную полярность, то открываются ВВ диоды VD1 ,VD4 и в соответствующих цилиндрах (1 и 4) появляются искровые разряды. 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 произойдут в цилиндpax 2 и 3. Для исключения взаимного влияния первичных обмоток в момент образования импульсов высокого напряжения к их выводам подключены разделительные диоды VD5, VD6.
Рис. Четырёхвыводная катушка с высоковольтными диодами.
Общим недостатком систем, использующих 2-х и 4-х выводные катушки, является разнополярность высоковольтных импульсов относительно «массы» автомобиля на спаренных свечах зажигания. За счёт этого пробивное напряжение может отличаться на 2 кВ. Сопротивление первичной обмотки до 2 х Ом. Вторичной — до 25 кОм. Напряжение 12 В. Ток 8 А.
Небольшие габариты позволяют изготовлять индивидуальные катушки зажигания для каждой свечи в отдельности и монтировать их непосредственно на свечах. Для такой системы не нужны высоковольтные провода, исключается холостая искра. Вторичное напряжение имеет только отрицательную полярность. Максимальное вторичное напряжение на таких катушках достигает 35 кВ, энергия искрового разряда от 80 до 100 мДж. Внешний вид и схема подключения приведены на рисунке.
Некоторые производители (МАЗДА, ТОЙОТА, НИССАН) «упростили» конструкцию: датчики фазы и оборотов — коммутатор — катушку зажигания, поместили в корпус распределителя зажигания (HEI).
Рис. Электросхема системы управлении автомобилем МАЗДА FS 2,0 16V: 10 — коммутатор, 11 — катушка зажигания, 100 — ЭБУ двигателем, 178, 179 — оптические датчики оборотов коленвала и положения распредвала. На электросхеме узел зажигания системы HEI обведён тонкой линией — в него входят элементы 10, 11, 178, 179. Конструкция такого узла приведена на рисунке ниже, как и осциллограмма на первичной обмотке катушки зажигания.
Рис. Фото распределителя зажигания НЕI.
Рис. Осциллограмма на первичной обмотке.
С этих (2G, 2Е) и других датчиков информация поступает в ЭБУ (100), вычисляется момент опережения зажигания и снова возвращается в распределитель зажигания, но уже на коммутатор (2F) для усиления и управления первичной обмоткой катушки зажигания.
Такие агрегаты удобны при изготовлении, монтаже а\м, но при ремонте доставляет массу неприятностей, т.к. высоковольтного центрального провода не существует (между катушкой зажигания и бегунком осуществляется связь через подпружиненные скользящие контакты и внутри крышечным соединением и не каждый мотор-тестер можно подсоединить для анализа сигналов высоковольтной части системы и проверки работы катушки зажигания. При выявлении неисправности какого-нибудь элемента, расположенного под крышкой распределителя, хозяина а\м ждёт сюрприз — деталь, вероятнее всего, отдельно не поставляется и необходимо покупать весь узел в сборе, но, возможно, это хитрость наших продавцов запчастей.
РАСПОЛОЖЕНИЕ
Под капотом на крыле или на разделительной панели между двигателем и салоном автомобиля. Иногда непосредственно на двигателе (для двухвыводных катушек). Индивидуальные катушки (СОР) — в свечных шахтах.
НЕИСПРАВНОСТИ
Основная неисправность — обрыв первичной или вторичной обмоток или пробой изоляции на корпус. 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 теряются и случаются высоковольтные прогары, провоцирующие шунтирование на массу. При осмотре катушки зажигания, такую неисправность легко обнаружить по серому следу на поверхности изолятора катушки (похож на след от простого карандаша) или по черноте прогара с частично обугленной поверхностью.
МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ
Проверку производить при подключенном автомобильном осциллографе. Ниже приведены схематичные образцы вариантов осциллограмм исправной системы зажигания и ряд неисправных, с описанием признаков и причин такого поведения систем искрообразования.
Рис. Нормальная осциллограмма. Напряжение пробоя искрового промежутка от 10 до 15 кВ. Напряжение горения обычно: 1,5 — 4 кВ. Длительность горения: 1,5 — 2,5 мСек.
Рис. Отсутствует режим автоколебаний, т.н. отбой. Проблема с катушкой зажигания или коммутатором (необходимо смотреть ток первичной обмотки катушки зажигания).
Рис. Низкое напряжение пробоя искрового промежутка характерно для пробоя и горения искры вне цилиндра; низкая компрессия в цилиндре; холостая искра для DIS.
Рис. Высокое напряжение пробоя искрового промежутка характерно для повышенного сопротивления или обрыв ВВ провода или наконечника.
Рис. Шунтирование искрового разряда на корпус. Дефект свечи, ВВ наконечника или катушки зажигания.
Рис. Разряд сопутствующий свечному: выгоревший элемент в ВВ проводе; нет контакта ВВ провода и свечного наконечника.
Ниже приведены образцы осциллограмм различных неисправностей в ВВ части системы зажигания. Измерения проводятся в цепи первичной обмотки катушки зажигания.
Рис. Обрыв ВВ провода или высокое сопротивление в проводе или свечном наконечнике.
Рис. Дефект катушки зажигания (стекание остаточной энергии ч.з. обмотку)
Рис. Нормальные осциллограммы напряжения и тока.
Рис. Дефект коммутатора. Ток в первичной обмотке убывает медленно.
Катушка зажигания используется как высоковольтный повышающий трансформатор — накопитель электрической энергии в индуктивности, для создания на электродах свечи зажигания дугового разряда, продолжительностью 1-3 мс.
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: высоковольтный провод 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.
Катушка зажигания типа Б1 представляет собой трансформатор, который преобразует низкое напряжение первичной цепи в высокое напряжение вторичной цепи, необходимое для пробоя искрового промежутка между электродами свечей и воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя.
Катушка зажигания установлена в передней части двигателя Москвич-408, на кронштейне, который закреплен в разъеме между впускной трубой и отводящим патрубком водяной рубашки. Катушка зажигания имеет железный сердечник 4, на который намотана вторичная обмотка 6, состоящая из большого числа витков тонкой медной эмалированной проволоки. Поверх вторичной обмотки намотана первичная обмотка 8, состоящая из небольшого количества витков толстой медной эмалированной проволоки.
Магнитные силовые линии, выходящие из сердечника, помещенного внутри обмоток, замыкаются через магнитопровод 11, состоящий из нескольких пластин железа, расположенных вокруг первичной обмотки.
Обмотки и магнитопровод помещены в металлический кожух 7 и залиты специальной изолирующей мастикой. Кожух герметично закрыт пластмассовой крышкой 13, на которой расположены три клеммы низкого напряжения и одна клемма высокого напряжения. Между лапами хомута 5 крепления катушки в изоляторе 10 смонтировано добавочное сопротивление 9, включенное последовательно с первичной обмоткой. Добавочное сопротивление величиной 1—1,1 ом автоматически выключается (замыкается накоротко) контактным диском тягового реле при включении стартера. Поэтому при пуске двигателя величина тока, проходящего через первичную обмотку, увеличивается и повышается напряжение во вторичной цепи. Это облегчает и обеспечивает более надежное воспламенение рабочей смеси при пуске двигателя, значительно особенно в холодное время, когда потребляемый стартером ток увеличивается и напряжение аккумуляторной батареи сильно падает.
Неисправности катушки зажигания возникают в результате короткого замыкания в витках обмоток низкого напряжения при поврежденной изоляции. Это приводит к повышенному нагреву катушки и пробою изоляции вторичной обмотки. Возможно перегорание дополнительного сопротивления (вариатора), отчего размыкается цепь тока низкого напряжения и система зажигания выключается.
Для проверки катушки зажигания на двигателе при исправных конденсаторе и контактах прерывателя включают замок зажигания, вынимают из крышки распределителя провод высокого напряжения, идущий от катушки зажигания, и снимают крышку. Конец провода подносят к ближайшей «массе» (например, к блоку цилиндров) с небольшим зазором (7—8 мм) и рукой размыкают контакты прерывателя. При этом между концом провода высокого напряжения и «массой» должна появиться искра. Отсутствие искры или слаба я искра указывают на неисправность катушки зажигания.
Катушку можно проверять также на стационарных испытательных стендах и переносных приборах методом сравнения искрообразования на разряднике (длины искрового промежутка), полученного от проверяемой катушки, и от эталонной (заведомо исправной), или путем наблюдения за искрой па разряднике, получаемой от испытуемой катушки в результате включения в ее цепь вибратора. На приборе Э-5 катушку зажигания испытывают при неработающем двигателе при помощи вибратора на бесперебойность и интенсивность искрообразования в пределах увеличения искрового промежутка на разряднике от 5 до 7 мм.
