Automobilová diagnostika - druhy zapalování zážehových spalovacích motorů

V předchozím článku jsme se seznámili se základním principem zapalování zážehových spalovacích motorů. V tomto článku si ukážeme, že je mnoho možností jak zapálit směs ve válci a s některými druhy zapalování se seznámíme podrobněji.

Druhy zapalování se dají rozdělit podle několika kritérií ovšem zapalování jako celek se vždy skládá ze zdroje energie, spínače a indukční cívky transformující energii na vysoké napětí. Podle toho jaké konkrétní prvky jsou použity se nazývají jednotlivé druhy zapalování.
Konkrétně lze vyjmenovat například:

magnetové kontaktní zapalování
bateriové kontaktní zapalování
bateriové bezkontaktní tranzistorové zapalování
bateriové bezkontaktní tyristorové zapalování
kapacitní bezkontaktní zapalování

Systém zapalování

Podíváme-li se na zapalování jaky systém, tak se dá rozdělit na několik částí. První částí je snímač polohy klikové hřídele. Tento snímač je vstupní veličinou a spoští celý proces zapálení jiskry. Další prvek může být řízení okamžiku zážeku. U kontaktních zapalování čtyřdobých motorů býval tento systém na mechanickém principu a byl řízen okamžik zážeku(předstih) v závislosti na otáčkách a zatížení motoru. U elektronických zapalování bývá řízení předstiku děláno elektronicky. U dvoudobých motorů většinou řízení předstihu nebylo třeba. Dalším prvkem je spínač. U kontaktních zapalování byl spínač zároveň snímačem okamžiku zážehu, u elektronických zapalování je spínač polovodič (tranzistor, tyristor). Předposledním prvkem je indukční cívka transformující napětí na primární straně na vysoké napětí na sekundární straně. Posledním prvkem(pmineme-li kabeláž) je zapalovací cívka neboli jiskřiště, kde probíhá inicializace zážeku směsi.

Magnetové kontaktní zapalování

Jedno z prvních elektrických zapalování zážehových motorů bylo magnetové kontaktní zapalování. Jak již z názvu vyplývá, tak zdrojem energie byl permanentní magnet(rotor) rotující okolo pevné cívky(stator) poháněný z klikové hřídele. Spočástí byl také mechanický kontakt(přerušovač) a v případě víceválcových motorů i rozdělovač. Podle druhu statorové cívky byl vyveden vysokonapěťový kabel přímo z ní nebo byla ještě připojena indukční cívky(zde ve funkci transformátoru) a až teprve z ní byl vyveden vysokonapěťový kabel přímo na zapalovací svíčku nebo přes rozdělovač na jednotlivé zapalovací svíčky. Tenty systém se vyznačuje nezávislostí na vnějším zdroji energie. Pracuje zcela bez akumulátoru a krom občasného seřízení kapky oleje na mazací plsť u vačky nevyžaduje další údržbu.

Bateriové kontaktní zapalování

Dalším vývojovým stupňěm bylo bateriové kontaktní zapalování, které využívalo energii z akumulátoru (při startu, za měhu z generátoru). Po sepnutí kontaktu se začla energie akumulovat v inukční cívkce do doby okamžiku zápalu. V tuto chvíli se rozpojil kontakt a změna proudu na primární části indukční cívky vyvolala indukci napětí a toto indukované napětí bylo vedeno přímo nebo přes rozdělovač na zapalovací svíčku. Obvod se uzavírá zpět do sekundárního vinutí přes kostru motoru a akumulátor.

Obr. 1. Bateriové kontaktní zapalování

Obr. 2. Bateriové kontaktní zapalování (mechanický kontakt nahrazuje polovodičový spínač, jiskřiště nahrazeno odporem) - simulace v programu PSpice

Obr. 3. Bateriové kontaktní zapalování - výsledek simulace v programu PSpice

Bezkontaktní bateriové tranzistorové zapalování

Hlavním problémem u kontaktních zapalování byl právě mechanický spínací prvek. Byly na něj kladeny velké nároky na poměrně velký spínací proud(v řádu jednotek ampér), dobré izolační vlastnosti(odolnost proti průrazu a přeskoku jiskry na kontaktu), odolnost proti opalování kontaktů. Proto dalším vývojovým stupněm byla náhrada mechaniského spínače (kladívka) polovodičem. Takto vzniklo bateriové tranzistorové zapalování (označované jako TCI). Vstupním signálem tohoto druhu zapalování může být jakýkoli bezkontaktní snímač(indukční, hallův snímač, optická závora) nebo původní mechanický kontakt. Tímto systémem jsou eliminovány problémy s opalováním kontaktů na kladívku, ale při použití původního mechanického spínače jako snímače otáček můž nastat další problém s nečistotou kontaktních ploch. Při původní funkci kladívka se kontaktní plocha vlastně sama čistila průchodem vyššího proudu a přeskoku drobných jisker, ovšem spíná-li stejný mechanický kontakt mnohonásobně menší proud a nedochází k přeskoku jisker na kontaktu, tak i drobná nečistota (mastnota,prach) může zabránit dokonalému kontaktu.

V současné době je právě používán tento druh zapalování. O vše se stará řídící jednotka motoru (zapalování i příprava směsi naráz). Vstupní veličinou pro zapalování je snímač polohy klikové hřídele (hallův snímač nebo indukční snímač) nebo snímač polohy vačkové hřídele(zde většinou hallův snímač) nebo kombinace obojího. Pro určení doby zážehu a doby sycení cívky(energie jiskry) se dále využívá signál zátěže a otáček motoru. Výstup z řídící jednotky může být přímo silový pro spínání indukčních cívek nebo signálový pro spínání zasilovače(zapalovacíh modulu obsahující el. spínač).

Bezkontaktní kondenzátorové zapalování

Kondranzátorové zapalování (označované CDI - capacitor discharge ignition) jak již z názvu vyplývá používá pro svou funkci energii akumulovanou v kondenzátoru. Zdrojem energie je zde odobně jako u magnetového zapalování statorová cívka. Vícepólový rotor s permanentními magnety vytvoří během jedné otáčky klikové hřídele několik period a statorová cívka vinutá mnoha závity slabšího drátu nabíjí přes usměrňovač akumulační kondenzátor. Takto nabitý kondenzátor na napětí několika stovek voltů se následně ve správný okamžik vybije přes spínací prvek (většinou tyristor) do indukční cívky (zde ve funkci impulsního transformátoru) a následně je vysoké napětí vedeno na zapalovací svíčku (nebo dvě svíčky zapojeny sériově), kde dojde k přeskoku jiskry. Spouštěcím impulsem je buď přímo indukční snímač umístěný na statorové části zapalování nebo přes řídící jednotku zapalování, která řídí okamžik zápalu v závislosti na provozních podmínkách motoru. V základu je CDI zapalování jedno z nejjednodušších a nejspolehlivějších zapalování. Výhoda je v nezávislosti na jakémkoli přídavném zdroji energie, elektronika může být umístěna přímo v obalu indukční cívky (tzv. vysokonapěťový spínač). Vypínání zapalování CDI se provádí pomocí vnějšího vybití kondenzátoru.

Zapalování typu CDI se v drtivé většině používá u motocyklů a malých pracovních strojů (sekačky, motorové pily, křovinořezy atd.). Výhodou je, že se celá elektronika včetně indukční cívky dá zabudovat do jednoho modulu (tzv. VN spínač). Indukční cívka jako taková může být podstatně menších rozměrů, protože se energie před okamžikem zážehu neakumuluje do magnetického obvodu cívky, ale do kondenzátoru.

Článek bude dále doplňován a bude pokračovat praktickými příklady...
Máte-li zájem dostávat emailem informace o pokračování článku napište prosím vzkaz v sekci kontakty