Posted by
Układ zapłonowy służy do zapalenia mieszanki paliwowo-powietrznej w silnikach spalinowych zwanych silnikami o zapłonie iskrowym. Ogólna budowa i zasada działania nie zmieniła się od bardzo dawna. Głównymi elementami tego układu jest świeca zapłonowa oraz cewka. Ze względu na budowę układ zapłonowy dzielimy na:
Elektryczno-mechaniczny
Głównym elementem poza cewką i świecami jest aparat zapłonowy. Składa się z kopułki, do której dochodzą przewody wysokiego napięcia, a wewnątrz znajduje się przerywacz.
Przerywacz jest wyłącznikiem sterowanym przez układ mechaniczny napędzany z wałka rozrządu. Równolegle do przerywacza włączony jest kondensator. Zmniejsza on iskrzenie na stykach przerywacza oraz zwiększa szybkość spadku natężenia prądu, co powoduje zwiększenie napięcia i czas trwania iskry w obwodzie wtórnym.
Takie rozwiązanie występuje tylko w starszych autach, gdyż cały aparat zapłonowy jest stricte mechanicznym elementem, co powoduje jego częste awarie. Wadą jest również mała możliwość regulacji kąta wyprzedzenia zapłonu.
Elektroniczny
Układ zapłonowy elektroniczny charakteryzuje się tym, że jest on bezrozdzielaczowy tzn. zostały usunięte wszystkie elementy mechaniczne i sterowanie iskrą przejął całkowicie komputer. Uprościło to całą konstrukcję, gdyż cewki są już bezpośrednio połączone ze świecami, co pozwoliło wyeliminować przewody wysokiego napięcia.
Cewki dwuiskrowe
Oba końce cewki wysokiego napięcia podłączone są do świec i zasilane są jednocześnie, co powoduje powstanie iskry dwa razy w ciągu jednego cyklu pracy silnika. W jednym cylindrze przeskok iskry powstaje w momencie, gdy ma wystąpić zapłon mieszanki, natomiast w drugim występuje w suwie wylotu i nie wywołuje żadnego skutku. Taki układ jest nazywany układem traconej iskry.
Wadą takiego rozwiązania jest wymagana parzysta liczba cylindrów oraz to, że tracona jest co druga iskra, więc świece teoretycznie zużywają się dwa razy szybciej oraz marnowana jest energia potrzebna do przeskoku iskry.
Dodatkowym ciekawym rozwiązaniem jest jedna cewka zasilająca 4 świece. Jest ona zbudowana z dwóch uzwojeń pierwotnych i jednego wtórnego. Zależnie od tego, przez które uzwojenie pierwotne płynie prąd to w takim kierunku indukuję się ona na uzwojeniu wtórnym. Diody dołączone do końców wyjść ustalają kierunek przepływu prądu przez świece. Schemat poniżej pięknie prezentuje zasadę działania takiego rozwiązania:
Cewki inwidualne
Jest to zdecydowanie najpopularniejsze obecnie rozwiązanie w układach zapłonowych. Tutaj cewka zapłonowa jest osobna dla każdej świecy i znajduję się bezpośrednio nad nią w bloku silnika. Jest ona najczęściej zintegrowana z układem elektronicznym sterującym nią. Cewki takie mogą być zespolone w jeden moduł (listwę) lub każda z osobna.
Precyzyjne sterowanie zapłonem i dawką paliwa przez komputer wpływa na ograniczenie spalania stukowego. Co to jest spalanie stukowe wyjaśniłem w akapicie o czujniku spalania detonacyjnego inaczej zwanego stukowym.
Układ ten do poprawnego działania wymaga danych z czujnika położenia wału korbowego, temperatury, składu spalin, otwarcia przepustnicy, na podstawie których dobiera odpowiedni kąt wyprzedzenia zapłonu i ilość wtryskiwanego paliwa.
Czujnik spalania detonacyjnego
Czujnik spalania detonacyjnego (piezoelektryczny), inaczej zwany czujnikiem spalania stukowego, służy do wykrycia nieprawidłowości, czyli przedwczesnego lub nieprzewidzianego zapłonu w cylindrach. Jest on przykręcony do bezpośrednio do silnika, a jego zadaniem jest wykrywanie drgań pochodzących z pracy jednostki napędowej. Komputer „wychwytuje” drgania o określonej częstotliwości 10-12 kHz i koryguje kąt zapłonu, aż drgania ustaną. W starszych jednostkach pojawia się tylko błąd „check-engine” na desce rozdzielczej.
Przyczyna tego zjawiska mogą być źle dobrane świece zapłonowe, przestawiony wałek rozrządu lub zbyt uboga mieszanka. Objawem jest charakterystyczny „dzwonek” słyszany spod maski w trakcie przyśpieszania. Poniżej filmik pokazujący jak wygląda spalanie detonacyjne:
Długotrwała jazda przy spalaniu stukowym może doprowadzić do uszkadzania elementów silnika np.: tłoka lub złamania wałka korbowego.
Wypadanie zapłonów
Wypadanie zapłonu to nic innego jak brak zapalenia mieszanki paliwowo-powietrznej na jednym lub wielu cylindrach. Może dojść do takiego zjawiska z wielu powodów, ale najczęstszym jest awaria w układzie zapłonowym, czyli spalona świeca zapłonowa lub niesprawna cewka.
Wykrycie wypadania zapłonu jest możliwe do zdiagnozowania np.: tym, że w cylindrze w którym to zjawisko występuje, nastąpi wydłużenie czasu obrotu wału korbowego. Jednostka sterująca może się tego dowiedzieć np. z czujnika położenia wału korbowego.
Kolejnym sposobem na wykrycie jest analiza sygnału z czujnika spalania detonacyjnego z uwzględnieniem sygnału z czujnika położenia wałka rozrządu w celu identyfikacji na którym cylindrze występuje.
Często stosowanym sposobem w przypadku cewek indywidualnych jest pomiar spadku napięcia na rezystorze pomiarowym RM. Rezystor ten znajduje się w obwodzie wtórnym cewki zapłonowej. Jeśli nie nastąpi wyładowanie iskrowe to prąd w obwodzie nie popłynie i tym samym na rezystorze nie pojawi się spadek napięcia.
Najnowszą metodą wykrywania braku zapłonu jest pomiar prądu jonizacji w komorze spalania silnika. W momencie wyładowania iskrowego prąd przepływający przez uzwojenie wtórne cewki zapłonowej ładuje również kondensator do napięcia ok. 80V. Kiedy napięcia na cewce zaniknie, indukuje się tzw. prąd jonizacji, czyli kondensator rozładowuje się i dokonywany jest pomiar na dzielniku napięcia. W przypadku braku zapłonu prąd jonizacji ma znacznie mniejsza wartość i tym samym spadek napięcia na dzielniku będzie również niższy.