Катушки зажигания: устройство и история развития

Катушка зажигания — это часть системы зажигания автомобиля. Она преобразует низкое напряжение от аккумулятора (12 В) в высокое (40 000 В), которое затем подаётся на свечу зажигания и между электродами образуется искра. Искра воспламеняет воздушно-топливную смесь в камере сгорания и приводит в действие поршни двигателя.

 

Катушка зажигания состоит из двух обмоток — длинных медных проволок, намотанных вокруг железного сердечника, и работает по закону электромагнитной индукции. Согласно ему изменение силы тока в первичной обмотке порождает электродвижущую силу во вторичной обмотке.

 

В этой статье мы расскажем:

• Как развивались катушки зажигания с момента изобретения в 19 веке до сегодняшних дней;

• Какие типы катушек зажигания используются в современных автомобилях, и как они работают.

История развития

Вторая половина XIX века
Основной элемент катушки зажигания — катушка индуктивности. Впервые её запатентовал немецкий учёный Генрих Румкорф в 1851 году. Его катушка состояла из железного сердечника, а также первичной и вторичной обмотки из медной металлической проволоки.

 

Увидеть катушку Румкорфа можно, например, в Музее радио им. А. С. Попова в Екатеринбурге.

 

 

До 1884 года топливную смесь поджигало открытое пламя. Так, например, работал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания немецкого инженера Николауса Аугуста Отто в 1863 году. Чуть позже появились калильные трубки — электронагревательные элементы, которые перед запуском двигателя нагревали от паяльной лампы. При работе двигателя трубки воспламеняли горючее, которое впрыскивалось в сжатый поршнем воздух.

 

В 1884 году британский инженер Эдвард Батлер изобрёл свечу зажигания, катушку зажигания и зажигание от магнето, а в 1897 году Роберт Бош первым установил двигатель с зажиганием от магнето высокого напряжения.

 

Магнето состоит из магнита и обмоток низкого и высокого напряжения. Коленчатый вал бензинового двигателя вращает магнит, вращение создаёт в неподвижных обмотках электродвижущую силу, а между электродами свечи зажигания происходит пробой.

 

Сегодня магнето используется в двигателях мопедов и бензопил.

 

 

1910 год
В 1910 году появились надёжные и ёмкие аккумуляторы, и Кадиллак представил систему зажигания от аккумулятора, которую разработал американский инженер и предприниматель Чарльз Кеттеринг. Система состояла из катушки зажигания, переключателя, распределителя, конденсатора и нескольких свечей зажигания. Переключатель прерывал подачу тока на первичную обмотку, при этом в ней исчезало магнитное поле. Исчезающее магнитное поле порождало электродвижущую силу во вторичной катушке. Катушка трансформировала небольшое входное напряжение в высокое выходное (около 20 кВ), и распределитель направлял импульс к нужной свече.

 

До середины 70-х годов
До середины 70-х системы зажигания использовали установку механических контактных прерывателей. Прерыватели замыкали и размыкали цепь, и тем самым создавали и разрывали электрическое напряжение. Каждый раз, когда открывались прерыватели, создавалась искра в катушке зажигания. Искра перемещалась к каждой свече зажигания через распределительную крышку, ротор и провод свечи зажигания. Распределитель дважды принимал участие в создании искры. Он соединялся с распределительным валом, который вращал распределительный кулачок. Кулачок вращался и открывал или закрывал нужные прерыватели. Вторым действием распределитель с помощью ротора направлял высоковольтное напряжение от катушки к свече зажигания каждого цилиндра.

 

После 70-х годов
С середины 70-х годов ХХ века в системах зажигания стали использовать сенсоры — приёмную катушку и редуктор (триггерное колесо), чтобы отправить сигнал электронному модулю, который включает и выключает первичный заземляющий контур катушки зажигания. Сообщество автомобильных инженеров (SAE) даже ввело специальный термин для систем зажигания с распределителем — поджигание распределителя (англ. distributor ignition - DI). Системы зажигания, в которые не входит распределитель, SAE называет системами с электронным зажиганием (electronic ignition - EI).

 

Современные типы электронного зажигания бывают двух видов:

• Система отработанных газов. В ней используется одна катушка зажигания для двух цилиндров.

• Система катушка-к-свече (coil-on-plug). В ней для каждого цилиндра используется своя катушка зажигания, расположенная рядом со свечёй зажигания.

Катушки работают в среднем 60 000-80 000 км. Если они ломаются, восстановительный ремонт не предусмотрен, только замена.

Типы катушек зажигания

В настоящее время существует три типа катушек зажигания:

• Индивидуальные;

• Двухискровые;

• Рейки зажигания.

Индивидуальные катушки зажигания
В автомобилях с электронной системой зажигания используются индивидуальные катушки зажигания. В таких катушках два сердечника: один расположен внутри обмоток, второй — снаружи. Высокое напряжение, которое генерирует катушка, подаётся на свечу зажигания через стержень высокого напряжения.

 

Индивидуальные катушки мощные, потому что напряжение подаётся непосредственно на свечу зажигания. Они устанавливаются в головку цилиндра, поэтому довольно сильно нагреваются и испытывают большие вибрационные нагрузки. Индивидуальные катушки экономят пространство, так как лишены проводов.

 

Купить индивидуальные катушки зажигания можно в разделе Системы зажигания/накаливания каталога AUTO3N.

 

 

Двухискровые катушки зажигания
Двухискровая катушка зажигания подаёт напряжение сразу на две свечи зажигания. Такие катушки используются для двигателей с чётным количеством цилиндров.

 

Купить двухискровые катушки зажигания можно в разделе Системы зажигания/накаливания каталога AUTO3N.

 

 

Рейки зажигания
Рейки зажигания — это несколько катушек зажигания, объединённых в одну съёмную деталь. При этом все катушки работают отдельно друг от друга. Рейки зажигания компактные и экономят подкапотное пространство.

 

Купить рейки зажигания можно в разделе Системы зажигания/накаливания каталога AUTO3N.