У 1851 році механік з Німеччини Генріх Румкорф винайшов котушку з переривачем, що виробляє імпульси високої напруги, а в 1925 році компанія Роберта Боша почала масово застосовувати її як елемент батарейної системи запалювання бензинового двигуна. Але, в якому вигляді котушка запалювання дійшла до наших днів, і які особливості її роботи?
“Бобіна”
Більш ніж півстоліття еволюції карбюраторних бензинових двигунів з контактною системою запалення (або як її часто називали водії минулих років – «бобіна») практично не змінювала конструкцію і вигляд, представляв собою високовольтний трансформатор в металевій герметичній склянці, заповненій трансформаторним маслом для поліпшення ізоляції між витками обмоток і охолодження.
Невід’ємним партнером котушки був трамблер – механічний комутатор низької напруги і розподільник високої. Іскра повинна була з’являтися в відповідних циліндрах в кінці такту стиснення паливо-повітряної суміші – строго в певний момент. Трамблер здійснював і зародження іскри, і синхронізацію її з тактами роботи двигуна, і розподіл по свічках.
Класична котушка запалювання – «бобіна» (що по-французьки і означало «котушка») – була надзвичайно надійна. Від механічних впливів її захищав сталевий стакан корпусу, від перегріву – ефективний тепловідвід – масло. Якщо подивитися на схему контактної системи запалювання, то можна виявити, що заглушений двигун міг зупинятися в будь-якому положенні колінвалу, як із замкнутими контактами переривача низької напруги, так і з роз’єднаними. Якщо при попередньому глушінні двигун зупинився в положенні колінвалу, в якому кулачок трамблера замикав контакти переривника, що подає низьку напругу на первинну обмотку котушки запалювання, то коли водій з якоїсь причини включав запалювання, не запускаючи мотор, і залишав ключ в такому положенні надовго, первинна обмотка котушки могла перегрітися і згоріти, бо через неї починав проходити постійний струм в 8-10 ампер замість переривчастого імпульсного.
Офіційно котушка класичного типу неремонтоздатна: після згоряння обмотки вона відправлялася у мусор. Однак колись давно на автобазах електрики примудрялися ремонтувати бобіни – розбирали корпус, зливали масло, перемотували обмотки і збирали заново.
І лише після масового впровадження безконтактного запалювання, при якому контакти трамблера замінили на електронні комутатори, проблема згоряння котушок майже зникла. У більшості комутаторів було передбачено автоматичне відключення струму через котушку запалювання на включеному запалюванні, але незапущеному двигуні. Іншими словами, після включення запалювання починався відлік невеликого тимчасового інтервалу, і якщо водій за цей час не заводив двигун, комутатор автоматично вимикався, захищаючи і котушку, і самого себе від перегріву.
Сухі котушки
Наступним етапом розвитку класичної котушки запалювання стала відмова від масла. «Мокрі» котушки замінили на «сухі». Конструктивно це була практично та ж сама котушка, але без металевого корпусу і масла, покрита зверху шаром епоксидного компаунда для захисту від пилу і вологи. Працювала вона спільно з тим же самим трамблером, і часто у продажі можна було зустріти і старі «мокрі» котушки, і нові «сухі» на одну і ту ж модель авто. Вони були повністю взаємозамінними, відповідали навіть кріплення.
Зміна технології з «мокрої» на «суху» , по суті не було ніяких переваг або недоліків, якщо остання, звичайно, була виготовлена якісно. Профіт отримували тільки виробники, оскільки виготовити «суху» котушку дещо простіше і дешевше. Однак якщо «сухі» котушки іноземних виробників автомобілів спочатку продумувалися і виготовлялися досить ретельно і служили майже стільки ж, скільки і «мокрі», радянські і російські «сухі» бобіни здобули погану славу, оскільки мали масу проблем з якістю і виходили з ладу досить часто без будь-яких причин.
Так чи інакше, сьогодні «мокрі» котушки запалювання повністю поступилися місцем «сухим», а якість останніх навіть вітчизняного виробництва практично не викликає нарікань.
Були і котушки-гібриди: звичайну «суху» котушку і звичайний комутатор безконтактного запалювання іноді об’єднували в єдиний модуль. Такі конструкції зустрічалися, наприклад, на Фордах, Ауді і ряді інших. З одного боку, це виглядало в деякій мірі технологічно, з іншого – знижувалася надійність і збільшувалася ціна. Адже два вузла, які сильно нагріваються об’єднали в один, тоді як окремо вони і охолоджувалися краще, і при виході з ладу того чи іншого заміна обходилася дешевше.
Ах так, ще в скарбничку специфічних гібридів: на стареньких Тойотах нерідко зустрічався варіант котушки, інтегрованої прямо в розподільник трамблера. Інтегрувалася вона, звичайно, не намертво, і при виході з ладу «бобіну» можна було без зусиль зняти і придбати окремо.
Модуль запалювання – відмова від трамблера
Помітна еволюція відбулася в період розвитку інжекторних двигунів. Перші інжектори мали в своєму складі частковий трамблер – низьковольтний ланцюг котушки вже керувався електронним блоком керування двигуном, а ось іскру по циліндрах і раніше роздавав класичний розподільник. Від цього механічного вузла стало можливим повністю відмовитися, застосувавши комбіновану котушку, в загальному корпусі якої знаходились котушки в кількості, що відповідає числу циліндрів. Такі вузли стали називати «модулями запалювання».
Електронний блок керування двигуном (ЕБУ) містив в собі 4 транзисторних ключа, які по черзі подавали 12 вольт на первинні обмотки всіх чотирьох котушок модуля запалювання, а ті в свою чергу відправляли іскровий імпульс високої напруги кожна на свою свічку. Ще частіше зустрічаються спрощені варіанти комбінованих котушок, більш технологічні і дешеві у виробництві. У них в одному корпусі модуля запалювання чотирициліндрового двигуна поміщається не чотири котушки, а дві, але працюють, проте, на чотири свічки. У такій схемі іскра на свічки подається попарно – тобто, на одну свічку з пари вона приходить в потрібний для займання суміші момент, а на іншу – вхолосту, в момент випуску відпрацьованих газів з цього циліндра.
Наступним етапом розвитку комбінованих котушок стало перенесення електронних комутуючих ключів (транзисторів) з блоку управління двигуном в корпус модуля запалювання. Винос транзисторів «на волю» покращив температурний режим ЕБУ, а при виході з ладу будь-якого електронного ключа-комутатора досить було замінити котушку, а не міняти або паяти складний і дорогий блок управління. В якому ще часто прописані індивідуальні для кожного авто паролі іммобілайзера і тому подібна інформація.
Кожному циліндру – по котушці
Ще одне типове для сучасних бензинових автомобілів рішення в сфері запалювання, що існує паралельно з модульними котушками, – це індивідуальні котушки для кожного циліндра, які встановлюються в свічковий колодязь і контактують зі свічкою безпосередньо, без високовольтного проводу.
Перші «персональні котушки» були саме котушками, але потім в них переїхала і комутаційна електроніка – так само, як це сталося і з модулями запалювання. З плюсів такого форм-фактора – відмова від високовольтних проводів, а також можливість заміни при виході з ладу тільки однієї котушки, а не цілого модуля.
Правда, варто сказати, що в цьому форматі (котушки без високовольтних проводів, монтовані на свічку) існують і котушки у вигляді єдиного блоку, які об’єднані у загальну деталь. Такі, наприклад, люблять використовувати GM і PSA. Ось це воістину жахливе технічне рішення: котушки начебто окремі, але при виході з ладу однієї «бобіни» доводиться міняти в зборі великий і дуже дорогий блок.
Висновок
Класична бобіна була одним з найнадійніших в карбюраторному і ранніх інжекторних автомобілях. Раптовий вихід її з ладу вважався рідкістю.
Інжекторна еволюція змусила позбутися трамблера. Так з’явилися різноманітні конструкції, які не потребували механічного високовольтного розподільника. Надійність таких конструкцій ще більш знизилася в зв’язку з ускладненням і мініатюризацією їх «нутрощів», а також вкрай важкими умовами їх роботи. Через кілька років роботи з постійним нагрівом від двигуна, на якому котушки були змонтовані, на захисному шарі компаунда утворювалися тріщини, через них волога і масло потрапляли на високовольтну обмотку, викликаючи пробої всередині обмоток і пропуски запалювання. У окремих котушок, які встановлені в свічкових колодязях, умови роботи ще більш пекельні. Також не люблять сучасні котушки мийку моторного відсіку і збільшений зазор в електродах свічок запалювання, що утворюється в результаті тривалої роботи останніх. Іскра завжди шукає найбільш короткий шлях, і нерідко знаходить його всередині обмотки бобіни.
У підсумку на сьогоднішній день найбільш надійною і правильною конструкцією з існуючих і застосовуваних можна назвати модуль запалювання з вбудованою електронікою, який встановлений на двигуні і з’єднаний зі свічками високовольтними дротами. Менш надійні роздільні котушки, встановлені в свічкових колодязях головки блоку, і зовсім невдало, з моєї точки зору, рішення у вигляді об’єднаних котушок на єдиній рампі.
Джерело: https://www.kolesa.ru/article/delo-v-bobine-kak-ustroena-i-kak-rabotaet-katushka-zazhiganiya
