Катушки зажигания

Катушка зажигания представляет собой индукционную катушку в системе зажигания автомобиля, которая преобразует низкое напряжение батареи в тысячи вольт, необходимое для создания электрической искры в свечи зажигания для зажигания топлива. Некоторые катушки имеют внутренний резистор, в то время как другие полагаются на резисторный провод или внешний резистор, чтобы ограничить ток, текущий в катушку, из 12-вольтового питания автомобиля. Провод, идущий от катушки зажигания к распределителю, и высоковольтные провода, идущие от распределителя к каждой из свечей зажигания, называются проводами свечи зажигания или проводами высокого напряжения. Первоначально каждая катушка зажигания требовала механических контактных выключателей и конденсатора. В более поздних электронных системах зажигания используется силовой транзистор для подачи импульсов на катушку зажигания. Современный пассажирский автомобиль может использовать одну катушку зажигания для каждого цилиндра двигателя, исключая неисправные кабели свечей зажигания и распределитель для направления импульсов высокого напряжения.
Системы зажигания не требуются для дизельных двигателей, которые полагаются на сжатие для воспламенения топливно-воздушной смеси.

Катушка зажигания состоит из ламинированного железного сердечника, окруженного двумя катушками из медной проволоки. В отличие от силового трансформатора, катушка зажигания имеет открытую магнитную цепь – железный сердечник не образует замкнутого контура вокруг обмоток. Энергия, которая хранится в магнитном поле сердечника, представляет собой энергию, которая передается свечи зажигания.

Первичная обмотка имеет относительно мало оборотов тяжелой проволоки. Вторичная обмотка состоит из тысяч витков меньшего провода, изолированных от высокого напряжения эмалью на проводах и слоях изоляционной бумаги. Катушка обычно вставляется в металлический корпус или пластиковый корпус с изолированными клеммами для соединений высокого напряжения и низкого напряжения. Когда контактный выключатель закрывается, он позволяет ток от батареи протекать через первичную обмотку катушки зажигания. Ток не течет мгновенно из-за индуктивности катушки. Ток, протекающий в катушке, создает магнитное поле в сердечнике и в воздухе, окружающем сердечник. Ток должен течь достаточно долго, чтобы хранить достаточную энергию в поле для искры. Как только ток достигнет своего полного уровня, откроется контактный выключатель. Поскольку на нем есть конденсатор, подключенный через него, первичная обмотка и конденсатор образуют настроенную схему, а поскольку накопленная энергия колеблется между индуктором, образованным катушкой и конденсатором, изменяющееся магнитное поле в сердечнике катушки вызывает много большее напряжение во вторичной обмотке катушки. Более современные электронные системы зажигания работают по точному принципу, но некоторые полагаются на зарядку конденсатора примерно на 400 вольт, а не на зарядку катушки индуктивности. Время открытия контактов (или переключения транзистора) должно быть согласовано с положением поршня в цилиндре, чтобы искра могла быть приурочена к воспламенению воздушно-топливной смеси для извлечения наибольшего количества углового момента. Это обычно несколько градусов, прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки. Контакты отключены от вала, который приводится в действие коленчатым валом двигателя, или, если используется электронное зажигание, датчик на валу двигателя управляет синхронизацией импульсов.

Количество энергии в искре, необходимое для воспламенения воздушно-топливной смеси, варьируется в зависимости от давления и состава смеси и от скорости двигателя. В лабораторных условиях в каждой искре требуется всего 1 миллиджуль, но практические катушки должны обеспечивать гораздо больше энергии, чем это, чтобы обеспечить более высокое давление, богатые или обедненные смеси, потери в проводе зажигания и загрязнение заглушками и утечку. Когда скорость газа высока в искровом промежутке, дуга между выводами сдувается от клемм, делая дугу длиннее и требует больше энергии в каждой искре. В каждой искры подают от 30 до 70 миллидюймов.

Раньше катушки зажигания изготавливались из высоковольтных обмоток с лаковым и бумажным изоляцией, вставлялись в вытянутую стальную баллонку и заполнялись маслом или асфальтом для изоляции и защиты от влаги. Катушки на современных автомобилях отливают в заполненные эпоксидные смолы, которые проникают в любые пустоты внутри обмотки.

В одной искровой системе имеется одна катушка на каждую свечу зажигания. Чтобы предотвратить преждевременное искрение в начале первичного импульса, диод или вторичный искровой промежуток устанавливаются в катушке для блокирования обратного импульса, который в противном случае был бы сформирован.

В катушке, предназначенной для системы с двойной искрой, вторичная обмотка имеет два вывода, изолированных от первичной, и каждый терминал подключается к свече зажигания. В этой системе дополнительный диод не требуется, поскольку в неактивной свече зажигания не будет смеси топлива и воздуха.

В катушке с низкой индуктивностью используется меньше первичных оборотов, поэтому первичный ток выше. Это несовместимо с мощностью механических выключателей, поэтому используется твердотельное переключение.