Катушки и свечи зажигания

Катушка зажигания в батарейных системах зажигания выполняет функции накопителя электромагнитной энергии и преобразователя низкого напряжения (напряжения бортсети) в высокое, необходимое для пробоя искрового промежутка между электродами свечи зажигания.

В тиристорных системах зажигания, где энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применяется тиристор, катушка зажигания лишь преобразует напряжение.

В основе работы батарейных систем зажигания лежит открытый в 1881году Майклом Фарадеем закон электромагнитной индукции: в проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном поле индуцируется ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению. Индуцированная ЭДС самоиндукции зависит от:

― длины участка проводника, находящегося в магнитном поле;

― скорости изменения магнитного поля;

― напряженности магнитного поля.

Магнитное поле может быть образовано, например, постоянным магнитом, однако, в системе зажигания магнитное поле образуется вокруг проводника (первичной обмотки катушки зажигания), по которому протекает постоянный ток от источника тока (аккумуляторной батареи или генератора).

При размыкании контактов прерывателя магнитное поле, создаваемое током, протекающим через первичную обмотку катушки зажигания и пересекающее витки обеих обмоток, начнет исчезать. По закону электромагнитной индукции в первичной и вторичной обмотках катушки зажигания будет наводиться ЭДС самоиндукции, препятствующая исчезновению магнитного поля.

Следует отметить, что индуцированная ЭДС не имеет никакой связи с напряжением бортсети автомобиля. Аккумуляторная батарея (или генератор) служит лишь средством создания магнитного поля в катушке зажигания.

По конструкции магнитной цепи катушки зажигания разделяются на два типа: с разомкнутой (рис. 12 а) и замкнутой (рис. 12б) цепями.

Рис. 12. Схемы катушек зажигания:

а) – с разомкнутой магнитной цепью; б) – с замкнутой магнитной цепью:
1 – сердечник; 2 – линии магнитного потока; 3 – вторичная обмотка;
4 – первичная обмотка; 5 – наружный магнитопровод; 6 – воздушный зазор.

В катушках зажигания с разомкнутой магнитной цепью магнитный поток значительную часть пути проходит по воздуху. Поэтому в воздушном пространстве сосредоточивается основная часть запасаемой электромагнитной энергии. В катушках зажигания с замкнутой магнитной цепью основную часть пути магнитный поток проходит через стальной магнитопровод и только лишь незначительную часть пути – через воздушные зазоры в несколько десятых миллиметра каждый. Электромагнитная энергия запасается как в воздушных зазорах, так и в стали. В катушках с замкнутой магнитной цепью затраты меди меньше, чем в катушках с разомкнутой цепью. В отношении затрат стали имеет место обратное явление.

По выполнению обмоток катушки с разомкнутой магнитной цепью разделяются на два типа: с внутренней и наружной первичными обмотками. Последние имеют ряд преимуществ: лучшие условия охлаждения и меньшую массу провода вторичной обмотки, что удешевляет производство; меньшее сопротивление вторичной обмотки. Поэтому катушки отечественного производства выполняются с наружной первичной обмоткой.

При пуске двигателя катушка зажигания питается от аккумуляторной батареи, напряжение которой понижено (до 6...8 В) из–за потребления стартером большого тока, что приводит к снижению тока в первичной обмотке и, соответственно, развиваемого катушкой вторичного напряжения. С учетом этого обстоятельства первичная обмотка катушки зажигания рассчитывается на напряжение 6...8 В, а остальное напряжение источника гасится в добавочном резисторе. Последний при пуске двигателя закорачивается и первичный ток возрастает, что обеспечивает вторичное напряжение, достаточное для пробоя искрового промежутка свечи.

В некоторых современных системах зажигания (например, для автомобилей семейства ВАЗ) добавочный резистор отсутствует, что обусловлено высокими характеристиками электропусковой системы этих автомобилей, благодаря чему напряжение аккумуляторной батареи при пуске снижается незначительно.

Некоторые характерные особенности рассмотрим на примере катушки зажигания 27.3705, которая широко применяется в составе бесконтактных систем зажигания высоких энергий, например, на автомобиле ВАЗ–2108. Катушка 27.3705 является аппаратом зажигания, способным развивать во вторичной обмотке напряжение 35...40 кВ при работе на открытую цепь. Вследствие этого она имеет усиленную высоковольтную изоляцию. Особенностью конструкции является относительно низкое значение сопротивления первичной обмотки (R = 0, 45 Ом), что позволяет в достаточной мере стабилизировать выходные характеристики системы зажигания при минимальном значении питающего напряжения (6 В).

Существенно отличаются от традиционных конструкция и технология изготовления катушек зажигания для систем зажигания с низковольтным (статическим) распределением вторичного напряжения.

Например, двухвыводная катушка зажигания 29.3705 (рис. 4.29, б), применяемая в составе микропроцессорной системы управления двигателем на автомобилях семейства ВАЗ–2110, выполнена по специальной технологии, включающей пропитку обмоток эпоксидными компаундами и последующую опрессовку обмоток морозостойким полипропиленом, образующим, собственно, корпус катушки.

Дальнейшее улучшение характеристик катушек зажигания направлено на совершенствование конструкции и технологии производства катушек зажигания с замкнутой магнитной системой, обладающих большими коэффициентами передачи энергии, связи, длительностью искрового разряда по сравнению с катушками зажигания с разомкнутой системой при одинаковой запасаемой энергией в первичной цепи.

Отечественной промышленностью освоен выпуск двухвыводной катушки зажигания 3009.3705 с замкнутым магнитопроводом (рис. 4.29, в). Вторичная обмотка катушки наматывается на многосекционный каркас, выполненный из пластмассы. Внутри каркаса размещается первичная обмотка. Обе обмотки устанавливаются в пластмассовый корпус и заливаются компаундом. Такая же технология применяется и при производстве новых одновыводных катушек зажигания с замкнутой магнитной системой (рис. 4.29, г).