какое напряжение на выходе катушки зажигания
Катушки зажигания: энергия для рождения искр
Воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания бензинового двигателя производится с помощью искры, проскакивающей между электродами свечи. Электрический импульс, необходимый для возникновения искры, создается с помощью довольно простого устройства — катушки зажигания. Об этом компоненте системы зажигания пойдет речь в данной статье.
Назначение катушки зажигания
Воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания бензинового двигателя производится с помощью электрической искры, генерируемой свечой зажигания. Однако создать искру достаточной силы довольно трудно, ведь бензин в смеси с воздухом — это неплохой диэлектрик, и даже короткому искровому пробою в нем возникнуть нелегко. Решить задачу можно только подачей на свечу мощного электрического импульса с напряжением в десятки тысяч вольт. А где в автомобиле взять такое напряжение, пусть даже и на короткие доли секунды?
Эта проблема решается с помощью специального устройства — катушки зажигания, или бобины. Катушка зажигания — это компонент системы зажигания автомобиля, преобразующий постоянный ток низкого напряжения (6, 12 или 24 вольта в зависимости от типа транспортного средства) от аккумулятора или генератора в короткий электрический импульс с напряжением до 35 000 вольт. Импульс от катушки подается на свечу зажигания, в ее искровом промежутке возникает искра, чем достигается поставленная цель — воспламенение топливно-воздушной смеси.
На сегодняшний день катушки зажигания применяются практически на всех автомобилях с бензиновыми двигателями или с моторами, работающими на газе. Бобины с одинаковым успехом используются как в системах зажигания традиционных схем (контактных с трамблёром, бесконтактных на тиристорах), так и в современных электронных системах зажигания. Потому что более простого, надежного и эффективного способа создать высоковольтный электрический импульс не существует.
Катушка зажигания ЗМЗ-40524 ЕВРО-3 на свечу СОАТЭ
Катушка зажигания HYUNDAI Solaris (10-),i20,i30 KIA Ceed,Cerato,Rio (11-) (1.4/1.6) MANDO
Катушка зажигания ВАЗ-2115 (модуль) СОАТЭ
Катушка зажигания ВАЗ-2115 (2111-3705010) BOSCH
Катушка зажигания OPEL Astra H,Corsa D,Vectra C,Zafira B (1.6/1.8) DELPHI
Катушка зажигания VW AUDI SEAT SKODA (FSI/TFSI) OE
Катушка зажигания ВАЗ-1118,2110,2170 (дв.16V) СОАТЭ
Катушка зажигания VW Amarok,Eos,Golf,Passat AUDI A3,A4,A5,TT SKODA Octavia BOSCH
Катушка зажигания ГАЗ,УАЗ с Р-разъемом дв.ЗМЗ-405,УМЗ-4216 МЗАТЭ-2
Катушка зажигания ВАЗ-1118,2110,2170 (дв.16V) МЗАТЭ-2
Устройство и принцип действия катушки зажигания
Катушка имеет довольно простое устройство. В ней имеется две цилиндрических обмотки: первичная, содержащая 100-150 витков провода большого сечения, и вторичная, содержащая несколько тысяч витков (до 30 000) провода малого сечения. Причем витки первичной обмотки расположены поверх витков вторичной обмотки. Внутри обмоток находится металлический сердечник.
Вся эта конструкция помещена в цилиндрический корпус из диэлектрика, крышка корпуса выполнена несъемной, а внутренний объем обычно заполнен трансформаторным маслом (оно обеспечивает охлаждение катушек во время работы). На крышке находится несколько контактов (обычно три): центральная клемма, с которой снимается высокое напряжение, и две боковых клеммы, на которые подается ток низкого напряжения.
В основе работы катушки зажигания лежит явление электромагнитной индукции. В сущности, катушка — это повышающий трансформатор, на первичную обмотку которого подается ток низкого напряжения, а со вторичной снимается ток высокого напряжения. Но в катушке, в отличие от обычных трансформаторов, производится преобразование коротких импульсов электрического тока, и на выходе, соответственно, также получаются электрические импульсы.
Однако, как известно, трансформатор может работать только с переменным током, а в автомобилях используется ток постоянный. Мало того, через первичную обмотку катушки также протекает постоянный ток, а значит, во вторичной обмотке ток возникнуть не может. Нет ли здесь противоречия? На самом деле все просто: катушка зажигания работает совместно с прерывателем — устройством, которое обеспечивает пульсацию постоянного тока, и подает на первичную обмотку достаточно короткие электрические импульсы. Импульс, проходя по первичной обмотке, за счет электромагнитной индукции также возбуждает во вторичной обмотке импульс. Причем пиковое напряжение электрического импульса во вторичной обмотке будет во столько же раз больше напряжения в первичной обмотке, во сколько больше витков во вторичной обмотке по отношению к первичной.
Важно отметить, что преобразование тока происходит именно в момент размыкания прерывателя, то есть — в момент отсоединения первичной обмотки катушки от аккумулятора или генератора. Напряжение в этот момент падает не моментально, а в течение некоторого (очень короткого) промежутка времени, и за это время во вторичной обмотке, за счет изменения тока в первичной обмотке, индуцируется ток высокого напряжения — этот импульс и подается на свечу зажигания.
Так как в катушке действует закон сохранения, то мощность тока во вторичной обмотке почти равна (на деле — чуть меньше) мощности тока в первичной обмотке. Это значит, что электрический импульс на выходе имеет высокое напряжение, но малый ток, а в первичной обмотке все ровно наоборот. Именно поэтому первичная обмотка выполняется из провода большого сечения (так как по ней протекают токи в десятки ампер), а вторичная обмотка — из очень тонкого провода (токи во вторичной обмотке не превышают единицы микроампер).
Часто в катушках зажигания предусмотрено добавочное сопротивление (резистор), включенное последовательно с первичной обмоткой. Этот резистор изготавливается из сплава, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры: при нагревании сопротивление увеличивается, при охлаждении — уменьшается. Добавочное сопротивление необходимо для защиты катушки на малых оборотах двигателя.
Дело в том, что при малых оборотах через первичную обмотку катушки постоянный ток проходит на протяжении довольно длительного времени, а это приводит к усиленному нагреву провода и негативно сказывается на сердечнике. Поэтому на малых оборотах резистор нагревается, его сопротивление повышается, а это приводит к снижению тока в первичной обмотке — так исключается перегрев. При повышении оборотов температура падает, сопротивление резистора снижается, и через первичную обмотку проходит более высокий ток. Во время запуска двигателя сопротивление шунтируется (то есть, замыкается проводом), и не оказывает влияния на систему зажигания.
Классификация и схемы подключения катушек зажигания
Все катушки зажигания устроены одинаково, однако существует несколько схем включения катушек в систему зажигания, и катушки, используемые в каждой схеме, имеют свои особенности. Всего можно выделить три типа катушек зажигания:
— Общая;
— Индивидуальная;
— Сдвоенная (двухвыводная или двухискровая), и ее вариант — четырехвыводная катушка.
Общая катушка зажигания. Это наиболее простой и исторически первый вариант. При такой схеме в автомобиле есть только одна катушка зажигания, вырабатываемые ею высоковольтные импульсы распределяются по свечам зажигания с помощью трамблёра или иного распределительного устройства. Данная схема широко применяется в контактной, бесконтактной и электронной системах зажигания.
Индивидуальная катушка зажигания. Это современный вариант, который находит все большее применение. В данной схеме в паре с каждой свечой зажигания работает своя катушка, чем достигается наилучшее согласование фаз газораспределения и воспламенения горючей смеси. Индивидуальные катушки конструктивно отличаются от общих, но принцип действия их одинаков. Данные катушки применяются в электронной системе зажигания. Часто такие катушки называют катушками карандашного типа (COP).
Сдвоенные (двухискровые) катушки зажигания. Как понятно из названия, эти катушки сдвоены, они позволяют получить сразу две искры в двух цилиндрах. Данные катушки иногда используются в двухтактных мотоциклетных и двухцилиндровых двигателях, такое решение позволяет избавиться от трамблёра и значительно упросить систему зажигания. Существует вариант сдвоенной катушки — счетверенная, она позволяет получить сразу четыре искры. В системах зажигания со сдвоенными (и с четверенными) катушками искры синхронно образуются в обоих цилиндрах, однако воспламенение горючей смеси происходит только в одном из них, так как второй в этот момент находится в НМТ, и воспламеняться там просто нечему.
Признаки неисправности катушки зажигания
Катушка является одним из основных компонентов системы зажигания, поэтому ее выход из строя сразу сказывается на работе двигателя. Наиболее часто поломка катушек проявляется следующим образом:
— В двигателях с общей катушкой — сложный запуск двигателя, нестабильная работа двигателя (пропуски зажигания);
— В двигателях с индивидуальными катушками — «троение» двигателя, пропуски зажигания в каком-либо из цилиндров;
— В двигателях со сдвоенными катушками — «троение», пропуски зажигания сразу в двух цилиндрах, работающих от одной катушки.
В современных двигателях, оснащенных системой самодиагностики, при неисправности катушки зажигания на приборной панели загорается индикатор «Check engine». В этом случае сканером можно легко определить код неисправности, и выяснить, какая именно катушка вышла из строя.
Однако данные признаки могут говорить о неисправности любых других компонентов системы зажигания, топливной системы и цилиндропоршневой группы. В частности, пропуски зажигания могут возникать из-за неисправностей свечей зажигания, высоковольтных проводов и трамблёра, а также из-за отсутствия необходимой степени компрессии в цилиндре. В инжекторных двигателях проблемы могут возникать из-за загрязнения или выхода из строя топливных форсунок.
Поэтому при возникновении неполадок в работе двигателя необходимо произвести диагностику катушек зажигания. В двигателях, не оснащенных системой самодиагностики, можно выполнить несколько простых действий:
— Выявить неисправную катушку — на работающем двигателе попеременно отсоединять высоковольтные провода от свечей зажигания. Если после снятия колпачка со свечи двигатель начинает работать хуже, то катушка данной свечи исправна, если же после снятия колпачка работа мотора не изменилась проблема в катушке данной свечи;
— Проверить сопротивление обмоток катушки. В рабочей катушке сопротивление первичной обмотки лежит в пределах 3-3,5 Ом, вторичной обмотки — в пределах 5-9 кОм. Слишком низкое сопротивление обмотки, особенно вторичной, свидетельствует о коротком замыкании внутри катушки. Имеет смысл проверять сопротивление всех катушек, так выявить неисправную катушку проще всего;
— Проверить свечу зажигания и высоковольтный провод, чтобы убедиться, что проблема заключается именно в катушке зажигания.
Неисправную катушку зажигания необходимо заменить, так как длительная работа двигателя с такой катушкой чревата различными проблемами, в том числе повышенным расходом топлива, повышенными вибрациями и даже повреждением каталитического нейтрализатора. Заменить катушку в большинстве моторов, особенно на российских автомобилях, несложно и не составит труда автомобилисту.
В сфере ремонта и строительства самое широкое применение находит простой в применении и универсальный материал — монтажная пена. Все, что вы хотели узнать о монтажной пене, ее существующих типах, составе и характеристиках, а также о подборе и применении этого материала — рассказано в данной статье.
В авторемонтной практике и на различных предприятиях часто возникает необходимость розлива топлив, масел и других технических жидкостей из бочек и еврокубов в малые емкости — для этого используются бочковые насосы, о существующих типах которых, их устройстве, выборе и применении рассказано в статье.
Монтажные, слесарные, электромонтажные и другие работы сложно представить без простого, но функционального инструмента — пассатижей и плоскогубцев. О том, что такое пассатижи и плоскогубцы, какими они бывают и как устроены, а также о правильном выборе и использовании инструмента — читайте в статье.
Эксплуатация автомобиля летом сопровождается специфическими загрязнениями — битумными и смолистыми пятнами, следами насекомых и другими. Эти загрязнения не удаляются водой при мойке, решить проблему помогают специальные средства — очистители битума и следов насекомых, о которых рассказано в статье.
Длительная езда на автомобиле приводит к утомляемости мышц шеи и наносит вред здоровью позвоночника. Решить эти проблемы помогают подушки на подголовники. О том, что такое подушки на подголовники и зачем они нужны, а также об ассортименте, подборе и применении данных аксессуаров — узнайте из статьи.
Для нарезки наружной резьбы с помощью круглых и прямоугольных плашек необходимо использовать специальное приспособление — плашкодержатель или вороток для плашек. Все о воротках, их существующих типах, конструкции и характеристиках, а также о выборе и применении этих приспособлений — читайте в статье.
Резьбовой крепеж прост и надежен, однако повреждение болта или шпильки может привести к невозможности его извлечения и замены. Эта проблема решается с помощью специального инструмента — набора экстракторов. Об этих приспособлениях, их типах, конструкции, выборе и применении читайте в данной статье.
Питаем катушки зажигания повышенным напряжением через DC-DC Boost.
Если работа системы зажигания вашего авто Вас вполне устраивает, то дальнейшие «изложения» будут Вам не особо интересны.
Известно что эффективная работа двигателя в большой степени зависит от производительности системы зажигания (ссылка о повышении топливной экономичности) проще говоря чем мощнее искра тем тяговитее движок, естественно с оговоркой на предельно возможное в данных условиях.
Суть идеи: Увеличив электрическую мощность на низковольтных цепях, увеличить высоковольтную отдачу системы зажигания.
Если представить что современные системы зажигания построены по принципу «импульсного преобразования», то из этого можно сделать следующий вывод: выходное напряжение системы формируется так Uвых=@*Uвх*N (ссылка для любопытных с вопросом — С чего это взял?)
существует два типа схемной реализации:
(1) По времени нарастания тока в первичной обмотке катушки зажигания
то есть ЭБУ регулирует производительность системы зажигания изменяя коэффициент заполнения импульсов @(временем заряда катушек его ещё называют) при заданном (и условно постоянном) входном напряжении Uвх и постоянном коэффициенте трансформации.
(2) По току в первичной обмотке катушки
то есть ЭБУ регулирует производительность системы зажигания поддержанием уровня тока в первичной обмотке катушки зажигания (по сути тоже самое, только следим за другой переменной величиной). По идее таким системам для максимальной отдачи достаточно поддержания напряжения питания катушки на уровне «максимально допустимого» схемы коммутатора т.е. 16-18 вольт.
В обоих случаях к первичной обмотке подводится определенная электрическая мощность ( I*U ) от величины которой напрямую зависит величина созданного магнитного поля катушки ( заряда катушки ). При процессе исчезновения этого магнитного поля во вторичной обмотке возникает электрическая мощность пропорциональная исчезающему магнитному полю и расходуется на разряд между электродами свечи. Чем больше сила созданного магнитного поля — тем мощнее разряд. Отсюда возникает вопрос:
— А почему бы не попробовать поднять напряжение Uвх?
Причем из описанного выше можно сделать вывод что для работы системы зажигания (2) достаточно будет напряжения уровня 16-18 вольт, а для системы (1) потребуется экспериментальный подбор.
Для поддержания повышенного питающего напряжения катушек зажигания и предназначен этот «девайс». Первоначально был собран DC-DC преобразователь(далее бустер) взятый с просторов интернета www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=66340, реакция двигателя на такое «внедрение» очень заинтересовала, ощущалось явное повышение крутящего момента, но мощности этого бустера явно не хватало, «на горячую» работало все отлично, НО утренние холодные запуски вышибали этот бустер иногда даже»в дым». Ток потребления системы зажигания оказался гораздо выше выдаваемых бустером трех ампер. Дальнейшая доводка схемы этого преобразователя показала что гораздо проще применить готовые DC-DC Step Up. При таком подходе все работы создания «девайса» сводятся к монтажу проводов и реле.
Итак что было сделано:
Заказан DC-DC Step Up бустер у китайских товарищей(при заказе требуется обратить внимание на нижний порог рабочего напряжения, у большинства этот порог 10 вольт, поэтому чтобы зимой в мороз при холодном пуске все работало как надо выбираем преобразователи с нижним порогом в 8 вольт, также необходимо обратить внимание на мощность — нужно не ниже 150 Вт я заказал таких два: один на катушки зажигания, второй для датчиков ЭБУ и форсунок) и вольтметр 0-100в для него, а лучше два 🙂
Дальнейшие приготовления: металлический корпус 120х100х35, два (ссылка)реле 30А, провода сигнальные(слаботочные) и силовые 6кв.мм(на ток 30А, для цепей питания DC преобразователей), вентилятор от компа «кулер» а также в радио лавке для питания «кулера» был приобретен линейный стабилизатор (ссылка)7812. Все собираем по схеме:
если кому-то схема «сложночитаема» есть такой вариант (показана часть для питания катушек, для форсунок и датчиков точно такая же, только управление с главного реле и выходное напряжение настроено на 15 вольт.)
если в бустер встроен предохранитель то цепь «предохранитель — светодиод» можно исключить, так же не обязательно ставить и конденсатор на входе преобразователя (его задача защита бортовой сети от импульсных помех созданных работой преобразователя), как оказалось встроенных конденсаторов бустера вполне достаточно. Внимание опыт использования бустера показал — для пожаробезопасности автомобиля Применение предохранителя в цепи питания бустера ОБЯЗАТЕЛЬНО!
Обязательно так же на корпус готового устройства установка вентилятора для принудительного притока воздуха к радиаторам охлаждения бустеров. Перед установкой бустеров в корпус устройства необходимо произвести настройку так сказать «на столе» каждого блока в отдельности, подстроечным резистором выставляем необходимые нам напряжения.
Установка
Устанавливаем наше устройство на стенке в моторном отсеке как можно ближе к катушкам зажигания, на двигатель устанавливать нельзя — устройство наше совершенно неготово к таким вибро-нагрузкам.
Подключение
Необходимо подключится в разрыв цепей питания катушек зажигания и датчиков ЭБУ и форсунок двигателя. Для этого:
— Подключение к цепям катушек : Отсоединяем питание от катушек зажигания и подключаем эти концы к проводу идущему к обмотке реле, через контактную группу реле преобразователь подключается к аккумулятору.
— Подключение к цепям датчиков и форсунок www.drive2.ru/cars/gaz/31…05/igor59/journal/365212/
Настройка
— Включаем зажигание без старта двигателя, проверяем напряжения (для начала на катушках зажигания выставляем 18 вольт), все в норме — пускаем двигатель. При необходимости подстройки напряжения выполняем это на остановленном двигателе.
— В идеале выставить максимально допустимое напряжение на катушках можно сразу используя осциллограф, но если нет такого опыта, то вполне возможно и по личным ощущениям в процессе эксплуатации авто: пробуем потихоньку на 1-2 вольта поднимать напряжение на катушках зажигания, подняли — поездили посмотрели — стало хуже убавили на 1 вольт и так до получения «золотой середины».
Впечатления от установки:
+двигатель стал работать «мягче» и «эластичнее», по динамике ощущение облегчения веса автомобиля, то есть имеем явное повышение крутящего момента;
+быстрее реакция на педаль акселератора(похоже на ранее зажигание, только в этом случае нет детонации);
+ровная работа без пропусков зажигания на высоких оборотах, легкий уход в отсечку;
+расход горючки уменьшился гдето на 1л. на сотню(естественно только при экономичной манере вождения и если обороты больше 2200-2300 не крутить), ощущение тяги уже на 1500 оборотах, раньше это появлялось только при достижении 2000об.;
+на холодном двигателе тяга такая же как на прогретом, так что теперь дольше 30секунд не грею
+такая система зажигания не требует обязательного применения многоэлектродных и «продвинутых» свечей, хотя правила «чем тоньше электрод — тем лучше» не отменяет: хорошо работает с «дешёвой классической» свечой, но со свечами типа NGK V-Line двигатель урчит заметно мягче.
+«жирная» искра отлично очищает электрод свечи, правда тут же есть маленький минус — этаже искра потихоньку сжигает электрод(к примеру на свечах NGK при пробеге свечей 60000км зазор увеличился в двое), в общем каждые 20-30т.км надо проверять зазор на электродах;
—из «минусов», если с системой зажигания «все идеально» повышение напряжения на катушках зажигания не даст никакого эффекта( ибо куда уже лучше то?), других минусов пока не обнаружено, будем наблюдать и обнаруженные «доводить»:)
А теперь ответы на естественно возникшие вопросы у читателя после прочтения этой заметки:
1. — А зачем это нужно, и чем «стоковое» питание катушек не устраивало?
— Вроде бы все с машиной хорошо, все параметры в норме, с диагностикой все ОК, НО не чувствуется легкости в движении (например такой как с горы катишся), все время не покидает ощущение «позднего зажигания» как будь то машину за ж кто то держит…
2. — А что по другому разве нельзя, не городя огород?
— Да конечно можно, можно было бы подправить калибровку «зарядки» катушек зажигания для достижения примерно такого же эффекта НО — у меня Ителма VS 5.6 Евро-2 и к ней нет абсолютно никакого доступного софта в и-нете, да и прошивать мне её нечем, а в замене на Микас 7.1 вообще не вижу никакого смысла…
3. — А что если «примочка крякнет» ведь куда «самопалу» до промышленной продукции?
— Все в этом мире иногда ломается, и если это произошло достаточно разъеденить разъемы и соеденить по схеме «как было», то есть сток — все, можно ехать дальше, правда с «осадочком» от произошедшего и с ощущением «потяжелевшей машинки».
Впечатления от эксплуатации
Январь 2014 пробег авто 240000 Все компоненты системы зажигания исправно работают, напряжение на катушках 35 вольт, дальнейшее повышение напряжения улучшения не дает, а вот понижение ощущается сразу. За время эксплуатации заметил что системе зажигания стало безразлично состояние высоковольтных проводов (как то при проверке состояния свечей оторвал три наконечника со стороны свечей, для пробы просто поглубже затолкал их обратно и… так и езжу уже полгода, причем на УКВ диапазоне приемника слышно «где то шьет», а вот на работе двигателя не отражается — работает ровно). Многие увидев по фото местоположение преобразователя сразу спрашивают: «а ему там не жарко?» — не жарко, проверено летней жарой и стоянием в пробках, а поставил его там для максимально близкого положения у катушек зажигания, чтобы минимизировать токовые потери в проводах идущих к катушкам и максимально снизить влияние импульсных помех от катушек на цепи датчиков ЭБУ. Пробовал ставить прямо на катушки — не прокатило, вибрация двигателя разрушает пайку на платах ( первый раз отпала нога конденсатора в плате, второй раз отпала индуктивность), ну и не дожидаясь третьего раза переставил на стенку моторного отсека. Эксплуатация продолжается;)
Январь 2016 пробег авто 320000 Все работает, на катушках по прежнему 35 вольт, в морозы по прежнему запуск с первой попытки. По обслуживанию совершенно ничего не потребовалось, вообще забыл о каких либо проблемах в зажигании — покупка высоковольтных проводов и свечей осталась в памяти где то в далеком, далеком прошлом, кроме того проверил «забракованные» обычной системой зажигания провода и свечи скопившиеся в гараже за время эксплуатации авто, итог: с бустером все они оказались рабочими.
Январь 2018 пробег авто 397000 на катушках по прежнему 35 вольт, погасла часть сегментов индикации напряжения, на выходные напряжения бустеров это не влияет, показания инопланетными иероглифами только придает больше «загадочности» под капотом 🙂 в остальном все исправно и на ходу.
Декабрь 2019 пробег авто 460000 на катушках по прежнему 35 вольт, все исправно работает, бустер прошел проверку перевалами Кавказа, максимальная высота подъема 2400м.
Декабрь 2020 пробег авто 490000 на катушках по прежнему 35 вольт, на форсунках 15 вольт, все исправно и работает без нариканий, обеспечивая в морозы беспроблемный запуск «с первого раза».
Июль 2021 пробег авто 505000 Вот и определился срок эксплуатации, появились неисправности: 1)залипли контакты реле питающего бустер;
2)высохли электролиты в бустерах;
3)начали шить катушки(не уверен что из за бустеров, просто рассохлись от старости, набрали пыли в трещинки и по пыли и начали шить, а ведь прослужили более десяти лет).
Подведем итоги Восемь лет каждодневной эксплуатации и пробег бустера более 300000 километров позволяют сделать некоторые выводы: утверждения типа «Обязательно бахнет» и «Лишняя не надежная деталь» не подтвердились, более того со временем эксплуатации не потребовалось замен элементов системы зажигания (ВВ проводов, коммутаторов и катушек) можно утверждать что надежность системы зажигания только повысилась, до установки бустера приходилось раз в год, в два менять ВВ провода, с бустером же даже забракованные ранее провода оказались рабочими. Реакция двигателя на бустер однозначно положительная, движок благодаря бустеру становится «лёгок на подъем» и главное не теряет этого качества со временем, какого либо отрицательного влияния на ресурс двигателя мною замечено не было.