Все, что нужно знать о работе катушки зажигания

16 мая 2021 | статья

При обслуживании автомобильных систем зажигания, в особенности механических, крайне важно понимать суть процесса зарядки катушки зажигания и времени накопления энергии. В этой статье вы узнаете о том, как протекает процесс зарядки катушки зажигания в различных системах зажигания и при различной частоте вращения коленвала двигателя, а также о типичных проблемах, которые могут возникнуть в этой связи.

Что такое зарядка катушки зажигания?

При прохождении электрического тока через первичную обмотку катушки зажигания сила тока достигает максимального значения за небольшой промежуток времени. Поскольку интенсивность магнитного поля (или магнитного потока), создаваемого вокруг обмотки, прямо пропорциональна силе тока, максимальная интенсивность магнитного поля достигается за такой же промежуток времени. Когда сила тока и интенсивность магнитного поля находятся на максимуме, магнитное поле стабилизируется.

Время, необходимое для достижения максимальной интенсивности магнитного поля, часто называют временем «зарядки» катушки зажигания.

С этим процессом связаны две потенциальные проблемы:

1) если электрический ток не протекает через первичную обмотку за достаточное время, максимальная интенсивность магнитного поля не достигается;

2) если электрический ток протекает слишком долго, это может привести к перегреву электрической цепи и первичной обмотки катушки зажигания.

Как долго заряжается катушка зажигания?

Необходимое время зарядки зависит от типа катушки зажигания и обычно находится в диапазоне от 4 мс для катушек зажигания старого типа и до 1,5 мс для многих современных катушек.

Период времени, в течение которого система зажигания подает электрический ток на первичную обмотку катушки зажигания, часто называют временем накопления энергии катушки зажигания. В современных системах зажигания время накопления энергии контролируется электроникой, и таким образом обеспечивается достаточное время для полной зарядки катушки зажигания при любых режимах работы. В устаревших механических системах зажигания из-за конструктивных ограничений прерывателя с механическими контактами время накопления энергии фактически уменьшается по мере увеличения частоты вращения коленвала двигателя. Поэтому при высокой частоте вращения магнитное поле не достигает максимальной интенсивности ввиду сокращенного времени накопления энергии.

Какие проблемы могут возникнуть из-за короткого времени накопления энергии в механической системе зажигания?

Точность момента зажигания в механических системах зажигания ограничена конструктивными возможностями их компонентов. Зачастую в рамках планового технического обслуживания автомобиля требовалась точная настройка, регулировка и замена компонентов системы. Пример конструктивного ограничения приведен на рис. 1: реальный момент зажигания механической системы с выставленным углом опережения зажигания и идеальный момент зажигания.

Рисунок 1. Центробежный механизм регулировки угла опережения зажигания не способен обеспечить идеальный момент зажигания

Центробежный механизм с возвратными пружинами неодинаковой жесткости (рис. 2) обеспечивает изменение угла опережения зажигания по двум линейным зависимостям. Тем не менее идеальный угол опережения зажигания изменяется нелинейно. Центробежный механизм регулировки угла опережения зажигания должен быть настроен тщательно, чтобы не допустить чрезмерного угла опережения зажигания.

Рисунок 2. Принцип действия механизма регулировки угла опережения зажигания

В чем отличие времени накопления энергии от угла замкнутого состояния контактов?

В механической системе зажигания период накопления энергии начинается в момент, когда выступы кулачка позволяют замкнуться контактам прерывателя и электрический ток начинает проходить по первичной обмотке катушки. Период накопления энергии заканчивается, когда один из выступов кулачка заставляет контакты прерывателя вновь разомкнуться, что прерывает ток в первичной обмотке. Таким образом, время накопления энергии зависит от угла поворота выступов кулачка, при котором контакты прерывателя находятся в замкнутом состоянии.

На рис. 3 показан кулачок с четырьмя выступами (для четырехцилиндрового двигателя). Угол между идентичными точками двух соседних выступов составляет 90°. Профиль выступов на кулачке из приведенного примера обеспечивает замкнутое состояние контактов прерывателя в диапазоне угла поворота 60°. Таким образом, величина угла замкнутого состояния контактов составляет 60° — именно тогда контакты прерывателя замкнуты и электрический ток протекает через первичную обмотку катушки.

Рисунок 3. Угол между выступами кулачка 90°, при этом контакты прерывателя замкнуты в диапазоне угла поворота 60°

Пример 1

Коленчатый вал вращается с частотой 1000 об/мин. Ротор прерывателя-распределителя вращается с вдвое меньшей частотой, то есть 500 об/мин. При такой частоте вращения валик прерывателя-распределителя поворачивается на 60° за 20 мс. Катушке зажигания требуется около 4 мс для полной зарядки. Следовательно, время замкнутого состояния контакта больше времени накопления энергии, необходимого для создания магнитного поля в катушке.

Если двигатель работает с частотой вращения 5000 об/мин, валик прерывателя-распределителя поворачивается на тот же угол 60° всего лишь за 4 мс, что точно соответствует необходимому времени зарядки катушки для создания магнитного поля с максимальной интенсивностью. Если двигатель вращается еще быстрее, времени для полной зарядки катушки будет не хватать. Это приведет к снижению плотности энергии магнитного поля и уменьшению напряжения, подводимого к свечам зажигания.

Проблема уменьшения времени накопления энергии при увеличении частоты вращения коленвала усугубляется для двигателей с большим числом цилиндров.

Пример 2

В шестицилиндровом двигателе применяется кулачок с шестью выступами. Угол между выступами составляет всего лишь 60°, а угол замкнутого состояния контактов — 40° (рис. 4). При частоте вращения двигателя 5000 об/мин угол замкнутого состояния контакта, равный 40°, будет пройден всего за 2,6 мс. Если катушке зажигания для полной зарядки требуется 4 мс, то период накопления энергии будет слишком коротким, что приведет к снижению напряжения и возможным пропускам зажигания.

Рисунок 4. При кулачке с шестью выступами угол замкнутого состоянии контактов составляет всего лишь 40°

Для решения проблемы сокращения времени накопления энергии в механических системах зажигания применяются различные решения. Одно из них заключается в использовании более мощной катушки зажигания. Другое экстремальное решение для высокооборотистых двигателей с восемью или двенадцатью цилиндрами предполагало установку двух отдельных прерывателей-распределителей, каждого со своей отдельной катушкой зажигания. Таким образом, фактически работало две отдельных системы зажигания, каждая из которых обеспечивала подачу высокого напряжения к свечам зажигания половины цилиндров двигателя.

Как это связано с современными системами зажигания?

Механические системы зажигания помогают понять направление развития современных электронных систем зажигания.

Одним из важных компонентов системы зажигания бензинового двигателя, необходимость в котором, возможно, никогда не отпадет, является свеча зажигания.

Свеча зажигания должна обладать высокими рабочими характеристиками и обеспечивать точный момент воспламенения. Специалисты DENSO понимают, что для соответствия этим требованиям производителей двигателей необходимо поддерживать высокое качество компонентов. Благодаря сочетанию многолетнего опыта в области разработки и производства эффективных и инновационных автокомпонентов с наиболее современными системами контроля качества компания DENSO успешно решает эту задачу.

Для подбора подходящих компонентов системы зажигания воспользуйтесь функцией поиска в электронном каталоге DENSO.

Back to overview Назад