Котушки запалювання енергія для народження іскор
Займання паливно-повітряної суміші в камері згоряння двигуна внутрішнього згоряння виробляється за допомогою іскри, проскакує між електродами свічки. Електричний імпульс, необхідний для виникнення іскри, створюється за допомогою досить простого пристрою - котушки запалювання. Про це компоненті системи запалювання піде мова в даній статті.
Призначення котушки запалювання
Займання паливно-повітряної суміші в камері згоряння двигуна внутрішнього згоряння проводиться за допомогою електричної іскри, що генерується свічкою запалювання. Однак створити іскру достатньої сили досить важко, адже бензин в суміші з повітрям - це непоганий діелектрик, і навіть короткому искровому пробою в ньому виникнути нелегко. Вирішити завдання можна тільки подачею на свічку потужного електричного імпульсу з напругою в десятки тисяч вольт. А де в автомобілі взяти таку напругу, нехай навіть і на короткі частки секунди?
Ця проблема вирішується за допомогою спеціального пристрою - котушки запалювання. або бобіни. Котушка запалювання - це компонент системи запалювання автомобіля, що перетворює постійний струм низької напруги (6, 12 або 24 вольта в залежності від типу транспортного засобу) від акумулятора або генератора в короткий електричний імпульс з напругою до 35 000 вольт. Імпульс від котушки подається на свічку запалювання, в її искровом проміжку виникає іскра, чим досягається поставлена мета - займання паливно-повітряної суміші.
На сьогоднішній день котушки запалювання застосовуються практично на всіх автомобілях з бензиновими двигунами або з моторами, що працюють на газі. Бобіни з однаковим успіхом використовуються як в системах запалювання традиційних схем (контактних з трамблером, безконтактних на тиристорах), так і в сучасних електронних системах запалювання. Тому що більш простого, надійного і ефективного способу створити високовольтний електричний імпульс не існує.
Пристрій і принцип дії котушки запалювання
Котушка має досить простий пристрій. У ній є дві циліндричних обмотки: первинна, яка містить 100-150 витків дроту великого перетину, і вторинна, що містить кілька тисяч витків (до 30 000) дроти малого перерізу. Причому витки первинної обмотки розташовані поверх витків вторинної обмотки. Усередині обмоток знаходиться металевий сердечник.
Вся ця конструкція поміщена в циліндричний корпус з діелектрика, кришка корпусу виконана незнімної, а внутрішній обсяг зазвичай заповнений трансформаторним маслом (воно забезпечує охолодження котушок під час роботи). На кришці знаходиться декілька контактів (зазвичай три): центральна клема, з якої знімається висока напруга, і дві бічних клеми, на які подається струм низької напруги.
В основі роботи котушки запалювання лежить явище електромагнітної індукції. По суті, котушка - це підвищує трансформатор, на первинну обмотку якого подається струм низької напруги, а з вторинною знімається струм високої напруги. Але в котушці, на відміну від звичайних трансформаторів, виробляється перетворення коротких імпульсів електричного струму, і на виході, відповідно, також виходять електричні імпульси.
Однак, як відомо, трансформатор може працювати тільки зі змінним струмом, а в автомобілях використовується струм постійний. Мало того, через первинну обмотку котушки також протікає постійний струм, а значить, у вторинній обмотці струм виникнути не може. Чи немає тут протиріччя? Насправді все просто: котушка запалювання працює спільно з переривачем - пристроєм, який забезпечує пульсацію постійного струму, і подає на первинну обмотку досить короткі електричні імпульси. Імпульс, проходячи по первинній обмотці, за рахунок електромагнітної індукції також збуджує у вторинній обмотці імпульс. Причому пікова напруга електричного імпульсу у вторинній обмотці буде в стільки ж разів більше напруги в первинній обмотці, у скільки більше витків у вторинній обмотці по відношенню до первинної.
Важливо відзначити, що перетворення струму відбувається саме в момент розмикання переривника, тобто - в момент від'єднання первинної обмотки котушки від акумулятора або генератора. Напруга в цей момент падає не моментально, а протягом деякого (дуже короткого) проміжку часу, і за цей час у вторинній обмотці, за рахунок зміни струму в первинній обмотці, індукується струм високої напруги - цей імпульс і подається на свічку запалювання.
Так як в котушці діє закон збереження, то потужність струму у вторинній обмотці майже дорівнює (на ділі - трохи менше) потужності струму в первинній обмотці. Це означає, що електричний імпульс на виході має високу напругу, але малий струм, а в первинній обмотці все рівно навпаки. Саме тому первинна обмотка виконується з дроту великого перетину (так як по ній протікають струми в десятки ампер), а вторинна обмотка - з дуже тонкого дроту (струми у вторинній обмотці не перевищують одиниці мікроампер).
Часто в котушках запалювання передбачено додатковий опір (резистор), включене послідовно з первинної обмоткою. Цей резистор виготовляється зі сплаву, електричний опір якого змінюється в залежності від температури: при нагріванні опір збільшується, при охолодженні - зменшується. Додатковий опір необхідно для захисту котушки на малих обертах двигуна.
Справа в тому, що при малих обертах через первинну обмотку котушки постійний струм проходить протягом досить тривалого часу, а це призводить до посиленого нагріву проводу і негативно позначається на осерді. Тому на малих обертах резистор нагрівається, його опір підвищується, а це призводить до зниження струму в первинній обмотці - так виключається перегрів. При підвищенні оборотів температура падає, опір резистора знижується, і через первинну обмотку проходить більш високий струм. Під час запуску двигуна опір шунтируется (тобто, замикається проводом), і не впливає на систему запалювання.
Класифікація і схеми підключення котушок запалювання
Всі котушки запалювання влаштовані однаково, проте існує кілька схем включення котушок в систему запалювання, і котушки, що використовуються в кожній схемі, мають свої особливості. Всього можна виділити три типи котушок запалювання:
- Загальна;
- індивідуальна;
- Здвоєна (двохвивідною або двухіскровая), і її варіант - четирехвиводная котушка.
Загальна котушка запалювання. Це найбільш простий і історично перший варіант. При такій схемі в автомобілі є тільки одна котушка запалювання, вироблювані нею високовольтні імпульси розподіляються по свічках запалювання за допомогою трамблера або іншого розподільного пристрою. Дана схема широко застосовується в контактній, безконтактної і електронної системах запалювання.
Індивідуальна котушка запалювання. Це сучасний варіант, який знаходить все більше застосування. У даній схемі в парі з кожною свічкою запалювання працює своя котушка, чим досягається найкраще узгодження фаз газорозподілу і займання горючої суміші. Індивідуальні котушки конструктивно відрізняються від загальних, але принцип дії їх однаковий. Дані котушки застосовуються в електронній системі запалювання. Часто такі котушки називають котушками олівцем типу (COP).
Здвоєні (двухіскровие) котушки запалювання. Як зрозуміло з назви, ці котушки здвоєні, вони дозволяють отримати відразу дві іскри в двох циліндрах. Дані котушки іноді використовуються в двотактних мотоциклетних і двоциліндрових двигунах, таке рішення дозволяє позбутися від трамблера і значно спростити систему запалювання. Існує варіант здвоєною котушки - зчетверена, вона дозволяє отримати одразу чотири іскри. У системах запалювання з парними (і з четверенного) котушками іскри синхронно утворюються в обох циліндрах, однак займання горючої суміші відбувається тільки в одному з них, так як другий в цей момент знаходиться в НМТ, і займатися там просто нема чому.
Ознаки несправності котушки запалювання
Котушка є одним з основних компонентів системи запалювання, тому її вихід з ладу відразу позначається на роботі двигуна. Найбільш часто поломка котушок проявляється наступним чином:
- У двигунах із загальною котушкою - складний запуск двигуна, нестабільна робота двигуна (пропуски запалювання);
- У двигунах з індивідуальними котушками - «троение» двигуна, пропуски запалювання в будь-якому з циліндрів;
- У двигунах з парними котушками - «троение», пропуски запалювання відразу в двох циліндрах, що працюють від однієї котушки.
У сучасних двигунах, оснащених системою самодіагностики, при несправності котушки запалювання на приладовій панелі загоряється індикатор «Check engine». В цьому випадку сканером можна легко визначити код несправності, і з'ясувати, яка саме котушка вийшла з ладу.
Однак дані ознаки можуть говорити про несправності будь-яких інших компонентів системи запалювання, паливної системи і циліндропоршневої групи. Зокрема, пропуски запалювання можуть виникати через несправності свічок запалювання, високовольтних проводів і трамблера, а також через відсутність необхідного ступеня компресії в циліндрі. В інжекторних двигунах проблеми можуть виникати через забруднення або виходу з ладу паливних форсунок.
Тому при виникненні неполадок в роботі двигуна необхідно провести діагностику котушок запалювання. У двигунах, не оснащених системою самодіагностики, можна виконати кілька простих дій:
- Виявити несправну котушку - на працюючому двигуні поперемінно від'єднувати високовольтні дроти від свічок запалювання. Якщо після зняття ковпачка зі свічки двигун починає працювати гірше, то котушка даної свічки справна, якщо ж після зняття ковпачка робота мотора не змінилася проблема в котушці даної свічки;
- Перевірити опір обмоток котушки. У робочій котушці опір первинної обмотки лежить в межах 3-3,5 Ом, вторинної обмотки - в межах 5-9 кОм. Занадто низький опір обмотки, особливо вторинної, свідчить про коротке замикання всередині котушки. Має сенс перевіряти опір всіх котушок, так виявити несправну котушку найпростіше;
- Перевірити свічку запалювання і високовольтний провід, щоб переконатися, що проблема полягає саме в котушці запалювання.
Несправну котушку запалювання необхідно замінити, так як тривала робота двигуна з такою котушкою чревата різними проблемами, в тому числі підвищеною витратою палива, підвищеними вібраціями і навіть пошкодженням каталітичного нейтралізатора. Замінити котушку в більшості моторів, особливо на українських автомобілях, нескладно і не складе труднощів автомобілісту.