Tvorba a rozvod vysokého napětí

end-logo
Sdílejte:

RNDr. Bohumil Ferenc, červen 2000

 


Seznam vyobrazení


Elektrická energie vzniklá z magnetického pole
vytvořeného primárním vinutím zapalovací cívky, nebo nahromaděním
elektrického náboje v kondenzátoru, nemá napětí dostačující k
přeskoku jiskry mezi elektrodami zapalovací svíčky. Proto musí
být její napětí zvýšeno na potřebnou velikost transformátorem.
Tím je zapalovací cívka, která má kromě primárního vinutí i
sekundární, s velkým počtem závitů.

Na sekundárním vinutí vznikne napětí tolikrát
vyšší, kolikrát větší je počet jeho závitů
<IMG
SRC=“image157.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“18″ height=“22″> než počet závitů
. vinutí
primárního. Poměr těchto počtů, tj.

.

určuje transformační převod
cívky a bývá u většiny zapalovacích souprav mezi 50 až 120.

Vysoké napětí ze sekundárního vinutí se
přivádí k zapalovací svíčce válce, ve kterém má být směs
zažehnuta. Jak známo, nejsou přeměna a rozvod žádného druhu
energie prosty ztrát. To platí i pro elektrickou energii
zapalování. Zmenší-li se takové ztráty, může se dosáhnout větší
energie jiskry a tím dokonalejšího zapálení směsi a jejího
shoření.

Možnosti jak snížit ztráty jsou dvě, buď
dosáhnout větší účinnost přeměny, nebo vyloučit díl, na němž
ztráty vznikají.

Zapalovací cívky a jejich konstrukce

Zapalovací cívky nelze vyloučit, takže jedinou
možností je zvýšit jejich účinnost vhodným konstrukčním řešením a
použitím příhodných materiálů. Použité způsoby konstrukce a volba
materiálu jsou závislé na typu zapalovací soustavy, pro kterou je
cívka určena.

U induktivních zapalování se energie hromadí v
železovém jádře cívky, magnetizovaném průtokem proudu jejím
primárním vinutím. Magnetizace jádra probíhá od zapnutí proudu
vinutím do jeho přerušení. Při přerušení proudu vznikne na vinutí
samoindukované napětí, které nabije kondenzátor paralelně k němu
připojený. Energie magnetického pole se přemění v energii pole
elektrického. Kondenzátor se pak přes primární vinutí vybíjí,
přičemž proud protéká opačným směrem. V jádře cívky se vytváří
magnetické pole opačné orientace. Děj se periodicky opakuje,
vytváří se střídavé pole elektromagnetické. Střídavým
přemagnetováváním jádra při změnách orientace pole vznikají
ztráty magnetické energie nahromaděné v jádře průtokem proudu do
okamžiku jeho vypnutí. Tyto ztráty jsou dvojího druhu – ztráty
vířivými proudy a hysterezí.

Vířivé proudy, které vznikají při změnách
magnetického toku procházejícího jádrem, protékají v rovině k
toku kolmé. Primární vinutí zapalovací cívky je poměrně dlouhé a
štíhlé, takže může být považováno za solenoid, uvnitř kterého se
magnetické pole vytváří. Jak je patrno z řezu
provedení zapalovací cívky starší, ale stále používané
konstrukce, je uvnitř primárního vinutí vloženo kovové jádro,
kterým magnetický tok prochází. Kov má určitou elektrickou
vodivost, takže vířivé proudy budou tím vyšší, čím bude tato
větší. Proto je jádro zhotovováno z tenkých plechů pokrytých
vrstvou elektricky nevodivého materiálu. Čím budou plechy tenší,
tím budou mít vířivé proudy nižší hodnotu, takže ztráty na
elektrickém odporu jádra vzniklé jejich průtokem se omezí.

.

Hysterezní ztráty vznikají při magnetizaci
jádra zapalovací cívky, které je z feromagnetického materálu. V
takových materiálech je možno vybudit silnou magnetizaci i slabým
magnetickým polem. Magnetizaci se podržují i po odstranění
vnějšího pole. U zapalovací cívky je magnetické pole vytvářeno
průtokem proudu z baterie vozidla. Je to silové pole,
charakterizované svojí intenzitou .. Ta je úměrná velikosti proudu
<IMG
SRC=“image161.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“13″ height=“17″> protékajícího
vinutím s počtem závitů . na délce
., tj.

. (1)

 

kde . je
počet závitů na jednotku délky.


.

Magnetování feromagnetických materiálů probíhá
podle křivky zvané hysterezní smyčka. Pro
danou látku (materál) udává závislost jejího zmagnetování,
vyjádřenou magnetickou indukcí HEIGHT=17 ALIGN=TOP ALT=“.“> na intenzitě
., ze vztahu (1). Závislost lze
zjednodušeně vyjádřit vztahem

. (2)

 

ve kterém .je
součinitel charakterizující magnetické vlastnosti prostředí, ve kterém
magnetické pole existuje. Jeho hodnota není konstantní, ale je
závislá na velikosti intenzity magnetického pole v materiálu
jádra. Proto průběh závislosti HEIGHT=17 ALIGN=TOP ALT=“.“> na . po zapnutí proudu do vinutí je nelineární a
je dán křivkou prvotní magnetizace (1 v obr. 2).

Jak již bylo dříve uvedeno, proud primárním
vinutím roste po připojení na napětí baterie podle časové
konstanty (poměr ALIGN=TOP ALT=“.“>), která omezuje jeho velikost v okamžiku přerušení. S
růstem proudu roste intenzita . a podle křivky 1 se zvyšuje i
magnetická indukce ALIGN=TOP ALT=“.“>. Za bodem a na křivce je stav nevratný a jádro
zůstane zmagnetováno i při zániku vnějšího pole. Nad bodem b
dochází k saturačnímu jevu s maximální indukcí
<IMG
SRC=“image172.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“25″ height=“22″>. Další zvyšování
proudu není účelné, protože nepřispívá ke zvýšení magnetické
indukce, v jádře se více energie nenahromadí.

Po přerušení proudu primárním vinutím se
intenzita .
sníží na nulovou hodnotu, ale indukce WIDTH=16 HEIGHT=17 ALIGN=TOP ALT=“.“> jen na zbytkovou hodnotu
<IMG
SRC=“image174.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“22″ height=“22″>, nazývanou
remanentní. Intenzita pole potřebná ke snížení této indukce na
nulu se nazývá koercitivní intenzitou .. U zapalovací cívky je získávána z
nabíjecího proudu kondenzátoru, paralelně připojeného k
primárnímu vinutí. Konedenzátor se nabíjí na napětí vzniklé na
primárním vinutí při přerušení proudu. Protože se kondenzátor
dále nabíjí až na maximální hodnotu napětí, zvětšuje se intenzita
magnetického pole a feromagnetický materiál jádra cívky se
magnetuje opačně až do nasycení. Po nabití kondenzátoru se
intenzita magnetického pole začne zmenšovat až do nulové hodnoty.
Pak se kondenzátor začne přes vinutí cívky vybíjet, takže směr
proudu se změní a magnetování pokračuje až téměř k výchozímu bodu
b. Tím je uzavřen magnetizační cyklus a celý děj, nazývaný
magnetická hystereze, tedy probíhá podle křivky 2 (obr.
2), což je hysterezní smyčka.

Hysterezní smyčka charakterizuje svou plochou
hysterezní ztráty, které vznikají zejména při magnetování
střídavým proudem, což je případ zapalovací cívky induktivního
zapalování. Hysterezní ztráty jsou úměrné obsahu plochy
ohraničené touto smyčkou. Proto se pro jádra zapalovacích cívek
volí materiály s úzkou hysterezní smyčkou a se strmou křivkou
prvotní magnetizace. Takové materiály se nazývají magneticky
měkkými. Nelze zanedbat ani kmitočtově závislé vlastnosti
materiálů použitých na jádra zapalovacích cívek, protože ztráty
hysterezí jsou přímo úměrné kmitočtu a ztráty vířivými proudy
dokonce jeho druhé mocnině. Nevhodný průběh kmitočtové závislosti
může zhoršit rychlost nárůstu vn, což nepříznivě ovlivní účinnost
zapalování.

Silové pole primárního vinutí je tvořeno
magnetickými siločarami, které jsou uzavřené. U cívky jsou
soustředěny uvnitř vinutí. Podle směru toku proudu vinutím z
jednoho konce vinutí vystupují a do druhého <A
HREF=“#5_3″>vstupují. Počet těchto siločar procházejících
plohou uvnitř vinutí, kolmou na jeho osu, je nazýván magnetickým
indukčním tokem ALIGN=TOP ALT=“.“>. Magnetická indukce HEIGHT=17 ALIGN=TOP ALT=“.“> je tok připadající na jednotku této
plochy.

.

Mezi magnetických tokem
. a proudem
.,
procházejícím vinutím zapalovací cívky a vytvářejícím magnetické
pole, je závislost daná vztahem

. (3)

 

ve kterém je .
indukčnost
cívky. Ta je závislá na konstrukci cívky a na permeabilitě <IMG
SRC=“image169.gif“ WIDTH=16 HEIGHT=17 ALIGN=TOP ALT=“.“> jádra.

U poměrně dlouhé válcové cívky primárního
vinutí s délkou ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“9″ height=“18″>, obsahem plochy závitů
. a jejich počtem
<IMG
SRC=“image183.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“13″ height=“14″> je indukčnost
rovna

 

. (4)

Zapalovací cívka starší
konstrukce je typ s tzv. otevřeným
magnetickým obvodem. Ten sestává z vnitřního jádra cívky a jejího
vnějšího pláště. Mezi oběma feromagnetickými částmi magnetického
obvodu je vzduchová mezera, kterou rovněž siločáry procházejí.
Vlivem mezery dochází ke snížení indukčnosti vinutí. Bez
vzduchové mezery ale také dochází ke snížení jeho indukčnosti a
to vlivem stejnosměrné předmagnetizace jádra zapalovací cívky.
Jak se při různé intenzitě předmagnetizace projevují tyto vlivy
na snížení indukčnosti vinutí, je patrné z <A
HREF=“#5_4″>diagramu. V něm je zakreslen průběh pro případ
bez vzduchové mezery a tři průběhy pro různé poměry délky <IMG
SRC=“image185.gif“ WIDTH=16 HEIGHT=22 ALIGN=TOP ALT=“.“> dráhy siločar v
železe a délky ALIGN=TOP ALT=“.“> vzduchové mezery, tj. poměr
..


.

Graf je převzat z příručky fy Tellefunken pro
návrh indukčnosti se železovým jádrem a je pouze informativní,
přesto ale ukazuje, že pro hodnoty jaké jsou běžné u zapalovacích
cívek, dochází s velkou vzduchovou mezerou ke značnému snížení
indukčnosti, i když menšímu mež ve stejných podmínkách bez
vzduchové mezery.

Je třeba říci, že velikost vzduchové mezery u
cívek obdobné konstrukce jako je na obrázku je
ještě větší, než je uváděno v grafu. To je ale dáno konstrukcí
zapalovací cívky, nikoliv potřebou použít tak velkou vzduchovou
mezeru.

Vlivem těchto podmínek je nutno kompenzovat
vzniklé snížení indukčnosti odpovídajícím zvětšením počtu závitů.
To se ovšem nepříznivě projeví několika faktory. Především je to
zvýšení rozměrů zapalovací cívky, větší spotřeba mědi na vinutí a
izolačního materiálu pro zabezpečení potřebné odolnosti proti
napěťovému průrazu. Další nepříznivý stav způsobuje zvýšení
vlastní kapacity vinutí, zejména sekundárního, které mívá počet
závitů mezi 10 až 30 tisíci. Tato parazitní kapacita omezuje
velikost napětí ALIGN=TOP ALT=“.“> vzniklého na primárním vinutí při přerušení proudu
. tímto
vinutím protékajícího. Vyplývá to z dříve uvedeného vztahu (8 v
části 1)

.

Pozn. Vlastní kapacita sekundárního vinutí je jen částí celkové
parazitní kapacity ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“21″ height=“22″> ve vn obvodu, která se transformuje na primární stranu
se čtvercem převodu ALIGN=TOP ALT=“.“> cívky.

Při nevhodném uspořádání vinutí zapalovací
cívky dochází ke vzniku většího rozptylového toku. Je způsoben
tím, že vinutí není obklopováno všemi <A
HREF=“#5_3″>siločarami. I když jde o jejich malou část,
projeví se zhoršením účinnosti přeměny energie.

Zmíněné nedostatky takové konstrukce
zapalovacích cívek byly příčinou hledání vhodnějších řešení. V
poslední době se převážně používá zapalovacích cívek s uzavřeným
magnetickým obvodem. Jádro je zhotoveno z tzv. EI
transformátorových plechů. Obě vinutí jsou <A
HREF=“#5_5″>navinuta na středním sloupku plechů E. Magnetický
tok prochází výhradně tímto jádrem z feromagnetického materiálu.
Většinou je v jádře provedena úzká vzduchová mezera (např.
vložením tenké fólie mezi plechy E a I), která omezuje vliv
předmagnetizace stejnosměrným proudem na velikost indukčnosti
vinutí. Protože délka takové mezery je ve srovnání s délkou dráhy
silokřivek v železe velmi malá, dosahuje se tímto provedením
podstatně vyšší indukčnosti než u cívky s otevřeným magnetickým
obvodem. Proto je stejné hodnoty indukčnosti vinutí dosaženo s
menším počtem závitů.

 


.

V některých případech se předmagnetizace jádra
stejnosměrným proudem využívá. Vlivem stejnosměrného magnetického
pole se hysterezní smyčka výhodně posune a změní svůj tvar. Podle
materiálu jádra se dokonce může zmenšit plocha smyčky, takže
ztráty při přemagnetovávání se sníží.

Rozměry zapalovací cívky s uzavřeným jádrem
jsou menší, a ta je pak prosta výše uvedených nedostatků. Malé
rozměry cívky dovolují její integraci do
rozdělovače, čímž lze dosáhnout i snížení parazitních kapacit ve
vn obvodech omezujících velikost zapalovacího napětí.

<A
NAME=“5_6″> .

Obě vinutí zapalovací cívky jsou navinuta v
plastovém tělese, do kterého se zasouvají plechy železového
jádra. Nejprve je navinuto primární vinutí, což je rozdíl proti
typům cívek s otevřeným magnetickým obvodem. Na něm je navinuto
sekundární vinutí, uspořádané do komorových nebo kotoučových
sekcí. Tím se dosáhne nejen zvýšení izolační pevnosti, ale i
snížení vlastní kapacity sekundárního vinutí, o jejímž
nepříznivém vlivu bylo výše uváděno.

Těleso cívky je od jádra odděleno zalitím
epoxidovou pryskyřicí, čímž je dosaženo potřebné izolace vinutí.
Tím odpadá i kovová nádoba, ve které je vinutí uloženo u cívek s
otevřeným magnetickým obvodem (starší <A
HREF=“#5_1″>konstrukce). U nich je na jádře navinuto nejprve
sekundární vinutí, většinou s délkou menší než má vinutí
primární, které je navinuto na něm. Tím se omezí již zmíněný
rozptyl. Jádro s oběma vinutími je fixováno keramickým tělískem
vespod nádoby a shora víčkem zapalovací cívky s jejími vývody.
Prostor mezi vinutími s jádrem a vnějším magnetickým pláštěm je
buď zalit izolační hmotou, nebo vyplněn transformátorovým olejem.
Olejová náplň má lepší tepelnou vodivost, a tedy účinněji odvádí
ztrátové teplo z vinutí i jádra ke stěnám. Vinutí jsou lépe
chlazena, a tedy mohou být navinuta tenším drátem. Rozměry cívky
pak bývají menší. Ale hlavní předností cívek s olejovou náplní je
větší ohmický odpor vinutí při jeho stejné indukčnosti, dané
počtem závitů. Jak bylo uvedeno, je poměr těchto dvou veličin,
tj. ., roven
časové konstantě, která ovlivňuje ruchlost proudových změn
probíhajících v obvodech zapalovací cívky. Čím rychleji tyto
změny probíhají, tím vyšší je účinnost přeměny energie, tedy
vyšší odpor vinutí je z tohoto hlediska výhodný.

U kapacitních zapalovaání není nahromaděná
energie závislá na magnetizaci jádra cívky, takže návrh její
konstrukce a výběr vhodného materiálu na jádro se provádí podle
jiných hledisek.

Protože ze energie nahromaděná v nabíjecím
kondenzátoru předává zapalovací cívce formou poměrně krátkého
impulsu, je cívka v podstatě impulsním transformátorem. Přenášené
impulsy jsou velmi krátké (kolem 0.1 ms i méně). Indukčnost
primárního vinutí se volí podle proudu, který v okamžiku sepnutí
spínacího prvku (obvykle tyristoru) obvodem, přes který se
kondenzátor vybíjí, má protékat. U sekundárního vinutí má být co
nejvíce snížena rozptylová indukčnost a vlastní kapacita. Proto
se toto vinutí provádí ve střídajících se sekcích a materiál
jádra se volí s vysokou permetabilitou. U cívek starších typů
kapacitních zapalování se jádro zhotovovalo z co nejtenších
plechů vhodného materiálu, s dostatečně velkou plochou příčného
řezu, protože magnetický tok se při vyšších kmitočtech rozloží
jen na povrchu.

Novější konstrukce zapalovacích cívek pro
kapacitní soustavy používají jader pravděpodobně ze sintrovaného
Alnica jako výchozího materiálu, nebo ze vstřikováním lisovaného
feritu, což je magnetická, nekovová krystalická látka. Předností
vhodných feritů je jejich nepatrná elektrická vodivost, takže pro
potlačení ztrát vířivými proudy nemusí být rozděleny do vzájemně
izolovaných zrnek. Tím se dosahuje vysokých hodnot permeability,
takže ztráty v mědi jsou malé, stejně jako vlastní kapacita
sekundárního vinutí.

Hysterezní ztráty feritových materiálů jsou
omezovány vhodným chemickým složením a tepelným zpracováním.

Vzhledem k tomu, že materiály s vysokou
permeabilitou ztrácejí při velkém magnetickém zatížení své dobré
vlastnosti, nesmějí být předmagnetizovány stejnosměrným proudem.
Proto jsou zapalovací cívky pro takové soustavy řešeny výhradně s
otevřeným magnetickým obvodem. Přesto jsou jejich rozměry malé a
mohou být umístěny bezprostředně u zapalovací svíčky. Příklad
takové zapalovací cívky použité u bezrozdělovačového zapalování s
vícejiskrovým zážehem, používaného u motorů vozů SAAB je na <A
HREF=“#5_7″>obrázku. Protože jde o cívku s otevřeným
magnetickým obvodem, je sekundární vinutí uvnitř primárního, aby
se omezil rozptyl.

 


.

Mechanické rozdělení vn k válcům

Vysoké napětí vytvořené na sekundární straně
vinutí zapalovací cívky musí být přivedeno ke svíčce válce v
okamžiku, kdy se jeho píst blíží k horní úvrati při kompresním
zdvihu. Automobilové motory mají větší počet válců než jeden,
takže je třeba zabezpečit přívod vn k tomu válci, u kterého právě
kompresní zdvih probíhá. K tomu účelu se používalo, a dosud
používá, i když v omezené míře, mechanických rozdělovačů. Ty
používají k rozdělení vn rotující a pevné části. Rotující částí
je tzv. palec rozdělovače, pevnou část tvoří víčko rozdělovače.
Rozdělovač může mimo tyto části obsahovat i mechanický regulátor
předstihu a/nebo různé snímače (viz <A
HREF=“../fer_mo01/fer_mo01.htm“>Směs a její spalování). Bývá
poháněn od vačkové hřídele motoru, se kterou může být spojen
přímo, nebo prostřednictvím ozubeného či šnekového převodu.

Řez jednou z četných možností konstrukce
(rozdělovač automobilu VAZ 2108), určené pro přímé spojení s
vačkovou hřídelí v horizontální poloze.

 


.

Na tělese rozdělovače je pružinami uchyceno
víčko z izolačního materiálu. V izolantu jsou zalisovány kovové
(nejčastěji mosazné) vn vývody, do kterých se nasazují koncovky
přivodních kabelů ke svíčkám a k zapalovací cívce. Počet vývodů
ke svíčkám je roven počtu válců (mimo zvláštní případy, viz
dále). Vývod k zapalovací cívce je u konstrukce na obrázku
uprostřed víčka a je opatřen uhlíkem s pružinou. Ten je tlačen
proti kovové elekktrodě na palci a tak je na rotační část
přenášeno vysoké napětí z cívky.

Palec je nasazen na hřídeli rozdělovače, která
je spojena spojkou s vačkovou hřídelí motoru. Při otáčení hřídele
se elektroda palce pohybuje v blízkosti výstupků vn vývodů pro
svíčky, v souhlase s pořadím zážehů válců motoru. Mezera mezi
elektrodou palce a elektrodami ve víčku je 0.25 až 0.8 mm a
vzniká na ní úbytek napětí asi 400 V, což je ve srovnání se
zapalovacím napětím zanedbatelné.

Přenos energie ke svíčce se uskutečňuje
přeskokem jiskry, čímž vzniká silné vf rušení. Pro jeho omezení
je součástí palce odrušovací odpor, zařazený mezi střední část
jeho elektrody, která je ve styku s uhlíkem ve víčku, a mezi tu
část palce, která se pohybuje v blízkosti pevných elektrod víčka.
Otočné třecí spojení palce s objímkou ve víčku, ke které se
připojuje vn kabel ze zapalovací cívky, je zprostředkován
odpruženým uhlíkem, vsazeným v této objímce.

K omezení vf rušení jsou vn kabely, spojující
rozdělovač se svíčkami, zakončeny koncovkami s odrušovacími
odpory, nebo jsou tyto kabely vyrobeny s nekovovým vnitřním
vodičem (žilou). Tento je zhotoven např. z jádra tvořeného
bavlněnou přízí, napuštěnou roztokem sazí. Vodič je opleten
bavlněnou nebo kapronovou vložkou a vše je izolováno
polyvinylchloridovým plastikátem, nebo jedno – či dvouvrstvou
pryží. Jinou možností může být vodič, jehož vnitřní jádro tvoří
lněná nit, na které je nanesena vrstva feroplastu (80% práškový
ferit a 20% polyvinylchloridový plastikát). Povrch feroplastu je
ovinut drátkem o průměru asi 0.1 mm z vodivé kovové slitiny. Vše
je opět izolováno polyvinylchloridem. Potlačení rušení je
uskutečňováno jak vrstvou feroplastu, tak drátkovou
spirálkou.

Se všemi úpravami na potlačení rušení je
spojena ztráta energie, vytvořené v zapalovací soupravě. Podle
údajů fy Bosch činí ztráty v odrušovacích obvodech kolem 30 % a
kolem 15 % připadá na ztráty jiskřením v rozdělovači.

V tělese rozdělovače je dále umístěn
odstředivý regulátor předstihu a snímač otáček, sestávající z
clony a Hallova prvku.

U mnohých rozdělovačů, zejména pro svislou
montáž, je prostor snímačů a mechanických regulátorů předstihu
oddělen od prostoru rozdělování vn izolačním víčkem z umělé hmoty
nebo z plechu. To zabraňuje usazování prachu a zbytků uhlíku v
prostoru snímačů a vlhkosti ve vn části. Proti vzniku vodicých
cest vlivem kondenzace vlhkosti je ve víčku rozdělovače provedena
vnitřní ochrana lakováním.

Rozdělovače zapalovacích soustav s
elektronickým tvarováním předstihových charakteristik v řídící
jednotce jsou konstrukčně jednodušší. Kromě víčka obsahují
většinou pouze palec nasazený na ose uložené otočně v tělese
rozdělovače. Příklady podobných konstrukcí pro svislou i
vodorovnou montáž rozdělovače jsou na obrázku.
V některých typech zapalování je používáno velkých hodnot
předstihu, takže zápalné napětí by se vytvořilo v okamžiku, kdy
je palec dosti vzdálen od elektrody vývodu k příslušnému válci.
Pokud by byl příliš blízko elektrodě předchozího válce, může
dojít k přeskoku na ni, zejména proto, že přeskokové napětí jeho
svíčky bude v tu dobu zpravidla nižší, než u pracovního válce.
Odpomocí je buď zvětšení průměru víčka rozdělovače, nebo se
používá odstředivého regulátoru, který palec vhodně natočí v
souladu s otáčkami motoru.

 


.

Složitější konstrukce rozdělovačů, ve kterých
není uložen mechanický regulátor předstihu, je obvyklá u soustav
řízení chodu motoru, kde je zapalování spojeno s řízením vstřiku
paliva. U vstřikování do jednotlivých válců (sekvenčního) je
třeba znát polohu vačkové hřídele časování sacích ventilů.
Snímače její polohy bývají obvykle součástí rozdělovače, který je
s vačkovou hřídelí spojen (viz <A
HREF=“../fer_mo02/fer_mo02.htm“>Elektronické tvarování
charakteristik). U japonských výrobců je tam umísťován i
snímač otáček a polohy klikové hřídele a někdy i se zapalovací
cívkou typu s uzavřeným magnetickým obvodem.

Na dalších obrázcích a jsou ukázky
nejrůznějších typů víček a palců. Provedení víček je v převážné
míře závislé na počtu válců, který se pohybuje od 2 do 12, a také
na tom, zda u uložení rozdělovače je použito vertikální nebo
horizontální orientace.

 


.


.

Velmi různorodá jsou i provedení palců. Mimo
nejstarší typy obsahují odrušovací odpor, zapojený do okruhu
přívodu vn. Některé mají omezovač otáček, pracující na
odstředivém principu. Po překročení určitých maximálních otáček
motoru spojuje vn kontakt palce s konstrou vozidla (hřídelí
rozdělovače). Je použit pouze u vozidel bez katalyzátoru.

Palce obsahují v řadě případů různé izolační
přepážky, aby se zvýšila odolnost proti povrchovým svodům po
izolaci.

Použitím rozdělovače se zapalovací soustava
značně zjednoduší, protože ve většině případů postačí jediná
zapalovací cívka s příslušným elektronickým spínačem. Jestliže je
ale ve válcích použito dvou svíček (viz dále), má každá vlastní
zapalovací cívku se svým spínačem, i když rozdělovač může být
konstrukčně spojen v jeden celek.

Spolehlivé rozdělování vysokého napětí je
zajištěno jen v určitém rozsahu okamžiků zážehu a s rostoucím
počtem válců se zhoršuje. U šestiválcových motorů s mechanickou
regulací předstihu je možno rozsah dodatečně rozšířit, avšak u
osmiválcových a dvanáctiválcových motorů je mnohdy použito dvou
rozdělovačů pro čtyři, respektive pro 6 válců.

Problémy jiného druhu vznikají u motorů, které
používají dvou svíček v jednom válci. Účel tohoto opatření a
způsob rozdělení vn ke svíčkám je v podstatě dvojí.

První skupinu tvoří motory s vyšším kompresním
poměrem, které jsou náchylnější k samozápalům v části stlačené
směsi, nezapálené svíčkou. Zmíněný jev se značně omezí použitím
dvou svíček, které zapalují směs současně na dvou místech. Navíc
je tak možno dodat větší energii zážehu a tím dosáhnout
účinějšího spalování. Příkladem takového
řešení je systém Twin Spark pro motory vozů Alfa, s kompresním
poměrem 1:10.

 

.

Systém používá dvou samostatných úplných
zapalování, která vytváření zážeh současně. Vysoké napětí se
přivádí ke svíčkám přes dva zcela totožné rozdělovače.

Druhou skupinu tvoří motory s krouživým
pohybem písty (Wankelovy motory), ve kterých je rozložení směsi
značně nehomogenní. Takové motory používá zejména Mazda, např. na
vozek RX-7. Jsou to dvouválcové motory s dvojicí svíček ve válci.
Zážehy obou svíček jsou časově rozdílné. Tím je dosahováno
dokonalejšího shoření směsi, do které je takto dodáváno i více
energie. Předpokladem je přesné dodržení rozdílu v okamžicích
zážehu.

Proces zapálení a shoření směsi proběhne tak,
že nejprve je směs zažehnuta horní svíčkou a rotující píst
přemísťuje zapálenou směs do prostoru u dolní svíčky, která
přidává další energii. Motory dřívější
výroby, používající mechanického rozdělení vn mají v rozdělovači
jak vlastní rozdělení, tak i mechanickou regulaci předstihu. Vše
je sloučeno do jednoho konstrukčního celku, společného pro obě
zapalování.

 

.

.

Víčko a palec rozdělují vn pro obě svíčky obou
válců motoru. Vn část rozdělovače je oddělena těsněním od
induktivních snímačů, které jsou umístěny na nosné destičce
ovládané podtlakovými komorami. Řízení předstihu podle otáček
provádí odstředivý regulátor se závažíčky. Tan natáčí rotorem z
magnetického materiálu, uloženým na hřídel rozdělovače.
Přiblíží-li se výstupek rotoru k pólovému nástavci magnetu <A
HREF=“#5_15″>snímače, vytvoří se v jeho vinutí napěťový
impuls pro řízení elektronického snímače. Soustava má dva snímače
a dvě zapalovací cívky. Zapalovací cívka pro zážeh horní svíčkou
je ve funkci první a přívod vn z této cívky je připojen ke
koncovce L víčka rozdělovače. Ke koncovkám L1 a
L2 se připojují horní svíčky obou válců. Pro zážehy
dolních svíček slouží druhá cívka, jejíž vn vývod je spojen
kabelem s koncovkou T víčka rozdělovače. Ke koncovkám
T1 a T2 víčka jsou pak připojeny dolní svíčky
válců.

 

.

Podtlaková regulace (zatížení motoru) je
ovládána také dvěma komorami, primární ovlivňuje okamžik zážehu
první svíčky a sekundární působí na časové zpoždění zážehu druhé
svíčky téhož válce. Při nastavování základního předstihu musí být
přesně seřízen i časový rozdíl mezi zážehy obou svíček téhož
válce. Proto jsou na řemenici dvě značky pro nastavení předstihu.
První z nich L sklouží k nastavení předstihu pro zážeh
horních svíček. Stroboskopická pistole se synchronizuje z vn
kabelu mezi zapalovací svíčkou primárního zapalování a koncovkou
L na víčku rozdělovače. Není-li značka L řemenice
přesně proti kolíku na klikové skříni, natočí se vhodným směrem
rozdělovač.

Po nastavení předstihu pro zážeh horními
svíčkami se synchronizace stroboskopu přepojí k vn kabelu mezi
cívkou sekundárního zapalování a koncovkou T na víčku
rozdělovače. Nyní se má proti kolíku na klikové skříni nacházet
značka T řemenice. V případě nesouhlasu se provede korekce
přestavením sekundární podtlakové komory rozdělovače, tak jak je
naznačeno šipkami.

Motory s krouživým pohybem pístu nemají
vačkové hřídele, takže rozdělovač je poháněn od hřídele
klikové.

Pozn. Označení L je zkratka pro Leading, tj.
první zážeh, zkratka T je od trailing, což značí zadní
(zážeh).

Mimo uvedené příklady se vyskytují i další
řešení, včetně kombinace obou druhů konstrukce. Např. vozy fy
Nissan používají pro čtyřválcové motory se dvěma svíčkami v
každém válci jediného rozdělovače, i když zapalovací cívky a
výkonové stupně spínačů jsou pro každou svíčku samostatné.
Předstih a doba průtoku primárního proudu cívkou jsou tvarovány
elektronicky, v řídící jednotce, která navíc ovládá i další
soustavy.

Nedostatky mechanického rozdělování vn

Ztráty energie jiskřením v mezeře rozdělovače
a v odrušovacích odporech, které jsou u mechanického rozdělování
vn nevyhnutelné, nejsou jedinými. Kromě nich dochází k dalším
ztrátám energie, případně k omezením dosáhnout její potřebné
velikosti.

Sem patří ztráty způsobené parazitními
kapacitami vn částí rozdělovače, zapalovací cívky a vn kabelů
mezi rozdělovačem, cívkou zapalování a svíčkami. Tyto kapacity se
transformují se čtvercem převodu cívky do primárního obvodu, kde
omezují, jak již bylo dříve uvedeno (viz <A
HREF=“../fer_mo01/fer_mo01.htm#8″>vztah 8 v části I a příslušný
text k němu), velikost samoindukovaného napětí vznikajícího u
induktivních zapalování při přerušení proudu z baterie. Velikost
parazitních kapacit vn obvodu se projevuje nepříznivě i na
sekundární straně. Čím bude kapacita větší, tím více energie se
spotřebuje během kapacitní fáze výboje (viz
<A
HREF=“../fer_mo01/fer_mo01.htm#10″>vztah 10 s příslušným textem
v části I). O to bude méně energie v jeho induktivní fázi, takže
tato fáze bude časově kratší. Větší délka induktivní fáze
jiskrového výboje je ale žádoucí, protože se příznivě projeví na
činnosti motoru. Během ní dochází ke zvýšení množství tepla,
které je vydáváno po delší dobu, což urychluje chemiské reakce
při iniciaci spalování. Tím se sníží nerovnoměrnost pracovních
cyklů motoru a prakticky nedochází k vynechání zážehů. Delší
induktivní část výboje také přispívá k odpaření směsi, což vede k
podstatnému zlepšení studeného startu motoru a ke zkrácení doby
jeho zahřátí při nízkých teplotách okolí. Klesá úroveň emisí HC,
protože zvětšením délky hoření se zlepší intenzifikace zažehnutí
a shoření tím, že se omezí zhášecí účinek na stěnách válců a při
stejné dráze plamene se zvýší hmota aktivované směsi.

Velikost nepříznivě působících parazitních
kapacit lze omezit vhodnou konstrukcí a umístěním rozdělovače a
rozmístěním vn kabelů. Avšak stále zůstává nežádoucí účinek
rozdělovače, který je závislý na otáčkách
. motoru a počtu
<IMG
SRC=“image195.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“13″ height=“13″> jeho válců. Pro
dobu . mezi
jednotlivými zážehy platí vztah, obdobný dříve uvedenému (viz
vztah 5 v části I), tj.

 

. (5)

 

V něm je čas <IMG
SRC=“image198.gif“ WIDTH=9 HEIGHT=16 ALIGN=TOP ALT=“.“> v sekundách a
otáčky . v
minutách ..

Tako doba ale zahrnuje jak čas potřebný k
nahromadění energie, tak k její přeměně do elektrického výboje. U
induktivního způsobu je rychlost nárůstu proudu primárním vinutím
zapalovací cívky daná časovou konstantou, závislou na jeho
parametrech. Nelze ji však volit libovolně, protože stejné
parametry určují nejen rychlost nárůstu proudu, ale i množství
nahromaděné energie. Jedna veličina je jim přímo úměrná, zatímco
druhá nepřímo.

Z hlediska doby potřebné k nahromadění žádané
energie je výhodnější kapacitní zapalování. Nejen ze se
kondenzátor hromadící energie nabíjí na napětí určující její
velikost podstatně rychleji než je to možné u induktivního
způsobu, ale i vliv parazitních kapacit v sekundárním obvodu je
podstatně nižší (viz vztah
14
v části I). Energie nahromaděná v nabíjecím kondenzátoru
se do výboje uvolní tak, že sepnutím spínacího prvku v obvodu
primárního vinutí zapalovací cívky se kondenzátor přes toto
vinutí vybije. Na sekundárním vinutí cívky se přitom vytváří
vysoké napětí. To dosáhne velmi rychle hodnoty při níž dojde k
přeskoku jiskry v zapalovací svíčce, tj.
.. Během výboje je do něj předána
značná část energie nahromaděné v nabíjecím kondenzátoru. Jak již
bylo dříve uvedeno, děj probíhá tak, že induktivní fáze nevznikne
a tedy hoření oblouku nenastane. Během kapacitní fáze tedy musí
být do směsi předáno tolik energie, aby se dostatečně
rozhořela.

Velikost samotné energie však k
charakterizování podmínek spalování nepostačuje. Je třeba
přihlížet i k době hoření jiskry a k velikosti proudu během něj.
Zapalovací energie, která je dána součinem napětí hoření, proudu
výboje a doby jeho trvání, musí být vždy dostatečně velká, aby
zabezpečila shoření směsi při jejím různém složení a turbulenci.
V příznivých podmínkách, kdy se mezi elektrodami svíčky nachází
homogenní směs se stechiometrickým složením (<IMG
SRC=“image202.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“49″ height=“18″>) postačí k
zahájení spalování jiskra s energié 0.1 až 1 mJ, trvající asi 10
us, tedy obsažená v kapacitní části výboje. U běžného zážehového
motoru je často ve válcích směs nehomogenní, někdy i špatně
rozprášená a zředěná zbylými spalinami. Tam je pro zapálení směsi
potřebná značně větší energie – rovná nejméně 30 mJ.

U kapacitního zapalování je délka jiskry v
desítkách us, což znamená, že potřebné energie se musí dosáhnout
buď zvýšením přeskokového napětí ., tj zvětšením mezery mezi elektrodami
svíčky, nebo zvýšením proudu výboje. Snazší cestou je zvýšit
přeskokové napětí, což je i výhodnější, protože zvětšením
mezielektrodové vzdálenosti u svíčky se dosáhne zažehnutí většího
objemu směsi, a to je příznicé při spalování ochuzených
směsí.

Přitom ale rostou nároky na elektrickou
pevnost vn částí rozdělovače, zapalovací cívky a izolátoru
svíčky. Zvětší se rozměry dílů a složitost jejich konstrukce.
Začalo se využívat i dříve popsaných úprav kapacitního zapalování
(viz obrázek v části I s
navazujícím textem), tj. opakovaných zážehů, nebo prodloužení
doby hoření. V nejnovější době používá vícejiskrového kapacitního
zapalování fa Saab. Jde však o bezrozdělovačovou soustavu, takže
bude podrobněji popsána v dalším.

Z grafů jsou zřejmé
závislosti měrné spotřeby, emisí HC a neklidu motoru na složení
směsi (součinitele přebytku vzduchu .). Jsou uváděny pro různé
mezielektrodové vzdálenosti zapalovacích svíček. Obr. 16a je pro
délku hoření jiskry kolem 1 ms, obr.16b pro délku hoření 4 ms. Je
z nich patrno, že při krátké době hoření je třeba zvětšit
mezielektrodovou vzdálenost z 0.6 mm nejméně na 1.5 mm, aby měrná
spotřeba a emise HC byly srovnatelné s hodnotami při délce hoření
výboje 4 ms. U neklidu chodu motoru by bylo třeba zvětšit mezeru
až na 2 mm. To ovšem znamená zvýšení přeskokového napětí téměř
dvakrát, respektive 2.3 krát.

 

.

Z uvedeného je zřejmé, že ani v jednom z obou
případů nemůže mechanické rozdělení vn zabezpečit dosažení
potřebné účinnosti zapalování za podmínek, které jsou běžné ve
válcích zážehových motorů, tak aby nedocházelo ke zhoršení emisí
HC a chodu motoru.

Bezrozdělovačové rozdělování

Statické rozdělení vn ke svíčkám příslušných
válců, bez rotujícího mechanického rozdělovače je umožněno
rozvojem elektronických technologií.

Při bezrozdělovačovém zapalování se používá
dvou způsobů rozdělení vn, a to s dvoujiskrovými cívkami a s
jednojiskrovými.

U zapalovacích soustav s dvoujiskrovými
cívkami jsou k jedné cívce, ovládané vlastním spinačem, přiřazeny
dva válce motoru. Sekundární vinutí cívky je odděleno od
privárního a jak jeho začátek, tak jeho konec jsou vyvedeny na
samostatnou koncovku. U vozidel výroby kolem
poloviny osmdesátých let, zejména u malých automobilů s
dvouválcovým motorem, se používalo dvoujiskrových cívek s
otevřeným magnetickým obvodem, obdobného provedení jako na obr.
1.

 

.

Ke každé koncovce sekundárního vinutí je
připojena zapalovací svíčka jiného válce motoru. Válce jsou
zvoleny tak, aby v horní úvrati byl vždy jeden z páru při
kompresním zdvihu a druhý ve výfukovém.

 


.

Vlivem ionizovaného plynu s tlakem blízkým
atmosférickému je při výfukovém zdvihu podstatně nižší napětí než
v kompresním. Navíc svíčka výfukového cyklu zapaluje o 5 až 10 us
dříve, takže pro ni postačí napětí 500 až 1000 V. Zbylé je k
dispozici pro přeskok ve svíčce kompresního cyklu.

Při přerušení primárního proudu bude na
koncovkách vn napětí opačné polarity, což se u jedné z dvojice
projeví jako chybné pólování zapalovací cívky, při kterém mohou
vzniknout problémy se startováním, nebo výpadky zapalování. Aby
se tomu předešlo, je žádoucí dodržovat předepsanou periodu výměny
svíček.

Jistou nevýhodou je také nutnost použít
obvyklých vn kabelů mezi koncovkami cívky a svíčkami válců, se
všemi s tím souvisejícími problémy vzniku svodů a
elektromagnetického rušení.

U tohoto způsobu musí být zajištěno, aby
vlivem přeskoku jiskry ve výfukovém cyklu nedošlo k zapálení
zbytků paliva, nebo nasáté směsi. Proto musí být poněkud omezen
rozsah regulace předstihu. Výhodou ale je, že zapalování nemusí
být synchronizováno s vačkovou hřídelí, takže se snímače její
polohy nepoužívá.

Protože svíčky obou válců, připojených k
dvoujiskrové cívce, zapalují téměř současně, může být tohoto
způsobu použito jen u motorů se sudým počtem válců. Pro
dvouválcové motory stačí jediná cívka spolu s jedním výkonovým
spínacím stupněm. U čtyřválcových je třeba dvou cívek a dvou
spínacích stupňů Podobně u šesti a osmiválcových motorů je
poloviční počet cívek a spínačů.

Cívky se mnohdy spojují konstrukčně do bloků,
příklady pro čtyř a šestiválcový motor jsou na obrázku.

 

.

Většina nedostatků soustav s dvoujiskrovými
cívkami je odstraněna při použití cívek jednojiskrových. Cívka se
obvykle umísťuje přímo na zapalovací svíčku jednotlivého válce,
jak je zřejmé z řezu a. Na <A
HREF=“#5_20″>b je elektrické schema jednojiskrové zapalovací
cívky. Dioda v obvodu sekundárního vinutí cívky zabraňuje
nežádoucímu přeskoku napětí vznikajícího při zapnutí primárního
proudu cívky. Toto nežádoucí zapínací napětí se indukuje do
sekundárního vinutí, kde vytvoří napětí asi 1 až 2 kV. Protože má
ale toto napětí opačnou polaritu než vysoké zapalovací napětí,
zabraňuje dioda průtoku zpětného proudu.

 


.

U dvoujiskrových cívek není žádné takové
opatření nutné díky vysokému přeskokovému napětí na dvou
zapalovacích svíčkách. Obdobně je tomu u soustav s rozdělovačem,
kde je zapínací napětí účinně potlačeno předřadným jiskřištěm
rotorové mezery mezi palcem a elektrodami víčka.

Jednojiskrové cívky bývají často mechanicky
slučovány do bloku, který se nasazuje přímo na svíčky všech válců
motoru současně. Konstrukční provedení se
různí, hlavně v závislosti na typu cívky, tj. zda je s uzavřeným
nebo otevřeným magnetickým obvodem atd. Protože odpadají ztráty v
rozdělovači a odrušovacích dílech, mohou být cívky malé.
Jednojiskrových zapalovacích cívek je možno použít pro všechny
počty válců. Neexistují omezení rozsahu regulace předstihu, ovšem
soustava potřebuje informaci, který válec je v HÚ kompresního
zdvihu, takže na jeho svíčku má být přivedeno vn pro zážeh. Tuto
informaci obstarává řídící jednotce snímač polohy vačkové
hřídele.

 

.

U některých motorů je použito kombinace
dvoujiskrových cívek s jednojiskrovými. Jsou to buď motory s
lichým počtem válců, nebo dvouválcové motory s krouživým pohybem
pístu, jaké používá fa Mazda, tj. se dvěma svíčkami v každém
válci. V takových případech jsou i jednojiskrové cívky
konstrukčně téměř shodné s doujiskrovými, liší se vzájemně pouze
počtem vn koncovek. Oba typy zapalovacích cívek se připojují ke
svíčkám vn kabelem.

Kromě již popsaných předností způsobů
statického rozdělení vn je jejich společnou výhodou při
induktivních zapalování delší přípustná doba hromadění energie v
magnetickém poli cívky. Proti jediné zapalovací cívce u soustav s
mechanickým rozdělením (mimo některé z dříve uvedených případů),
je počet cívek větší a tak je doba, která je mezi jednotlivými
zážehy k dispozici, delší. To příznivě ovlivní množství
nahromaděné energie a navíc dovolí prodloužit dobu hoření jiskry.
Při dostatečně dlouhé době hoření výboje může být použito menší
vzdálenosti mezi elektrodami svíčky, takže přeskokové napětí se
sníží. To se v konečných důsledcích projeví nejen menším počtem
závitů sekundárního vinutí cívky a tedy i jejími menšími rozměry,
ale i menšími ztrátami energie předávané do výboje. Vše již bylo
v předchozím popsáno.

Dvoujiskrové zapalovací cívky se používají
pouze u induktivního hromadění energie. U novějších typů
zapalování téměř výhradně s uzavřeným magnetickým obvodem, jehož
přednosti byly rovněž již popsány.

Jednojiskrové zapalovací cívky se používají
jak u induktivních, tak u kapacitních zapalování. U induktivních
zapalování téměř výhradně s uzavřeným magnetickým obvodem, který
dovoluje co nejvíce zmenšit rozměry cívky, zejména při její
montáži bezprostředně na zapalovací svíčku.

Naopak kapacitní soustavy používají převážně
zapalovacích cívek s otevřeným magnetickým obvodem, které jsou
připojovány přímo na zapalovací svíčky. Jak již bylo uvedeno, u
kapacitních zapalování nedochází k hoření výboje a nahromaděná
energie se předává během velmi krátké doby, kdy musí být do směsi
dodáno tolik energie, aby se dostatečně rozhořela. Nejúčinnějším
způsobem je zažehnutí co největšího objemu směsi, čehož se
dosáhne např. zvětšením mezielektrodové vzdálenosti v zapalovací
svíčce. Samozřejmě to souvisí se zvýšením průrazného napětí
přiváděného z cívky. To je pouze otázkou nabíjecího napětí
kondenzátoru, ve kterém se hromadí elektrická energie pro výboj
a transformačního převodu zapalovací cívky. Je-li ve vn obvodu
použito izolačních materiálů s dostatečnou napěťovou pevností a
konstrukce zapalovací cívky je vhodně řešena,
není problémem dosáhnout napětí 40 kV i více. Taková napětí
postačují pro mezielektrodové vzdálenosti až 2 mm.

Stejného způsobu je použito u systému Trionic
fy Saab, u kterého je zapalování pro všechny čtuři válce umístěno
v uzavřené „kazetě“, čímž je dosaženo nejen potřebné napěťové
pevnosti, ale i zabezpečena elektromagnetická slučitelnost.
Nabíjení a vybíjení kondenzátoru a tedy průběhy napětí v
zapalovací cívce probíhají dvacetkrát rychleji než u konvenčního
zapalování. Kromě optimálních zážehů i při nejvyšších otáčkách
motoru dovoluje tento systém použít k zažehnutí směsi při
studeném startu místo jednotlivých jisker jejich serii.
Nepodaří-li se první start, jsou při několika dalších pokusech
přivedeny takové serie jisker současně na svíčky všech válců. Tím
se spálí saze a zbytky paliva usazené na elektrodách svíček a
dosáhne se rychlého a bezpečného nastartování.

Podle informace zveřejněné v Automotive
Industries č. 12-1995 vyvinula fa Saab zdokonalené zapalování
tohoto typu, určené pro motory spalující chudé směsi. Používá
výbojů až 50 kV a zapalovací svíčka má pouze střední, izolovanou
elektrodu. Proti ní je ve středu pístu umístěn hrotový výstupek,
který tvoří elektrodu druhou. Mezera, při níž nastává přeskok, se
mění od 1.5 mm při velkém zatížení motoru, až do 8 mm při zátěži
malé. Kromě účinku jako zeměná elektroda zlepšuje výstupek i
víření směsi ve spalovacím prostoru, což přispívá k jejímu
dokonalejšímu shoření.

Jak známo, motory spalující chudé směsi mění
její složení v závislosti na zatížení motoru. Při velkém zatížení
je složení směsi blízké stechiometrickému a směs se snadno
zapálí. Proto postačí mezera mezi elektrodami 1.5 mm. Při malém
zatížení je směs mnohem chudší, vzduchové číslo se pohybuje od
. výše, aby
nedocházelo ke vzniku kouřivosti motoru. Při takovém ochuzení
musí být mezera mezi elektrodami podstatně větší, aby se směs
zažehla. Při uvedeném způsobu konstrukce není
zřejmě potřebné provádět vrstvení směsi, při kterém se u svíčky
nastavuje v okamžiku zážehu složení směsi blízké
stechiometrickému, zatímco ve zbývajícím spalovacím prostoru je
směs velmi chudá, což je způsob používaný u induktivních
zapalování pro motory s chudou směsí.

 


.

Jak ale upozorňují výrobci zapalovacích
svíček, vzniká při vysokém přeskokovém napětí a velké energii
zážehu problém se životností jejich výrobků. Proti velké mezeře
mezi elektrodami svíček je i všeobecný požadavek na menší průměr
svíčky, obvyklý u většiny nových motorů. Menší průměr vede k
tenší části izolátoru s průvodním snížením jeho napěťové
pevnosti, takže je větší riziko průrazu.

Proto se hledají jiné cesty, jak zlepšit
spalování chudých směsí, zejména při přímém vstřikování benzínu
do spalovacího prostoru. Jednou ze slibných je vícejiskrové
zapalování induktivního typu, které vyvinula fa Champion, známý
výrobce svíček. Bylo stručně popsáno v ročence Automotive
Technology International z roku 1998.

U vícejiskrového systému jsou energetické
nároky podstatně nižší, takže dochází k menšímu opotřebení
elektrod svíček než s jedinou dlouhou jiskrou. Vícejiskrový
systém je obzvlášť vhodný pro motory s přímým vstřikováním,
protože překonává potíže se selháním zážehu při dopadu
vstříknutého paliva přímo na zapalovací svíčku.

V zapalování je použito speciální zapalovací
cívky nazývané „cigaretová“. Průměr takových cívek se pohybuje
podle aplikace od 14 do 29 mm. Parametry cívky umožňují velmi
rychlý nárůst proudu. Energie každé cívky je určována změnou doby
„plnění“ jejího primárního vinutí. Systém obsahuje obvod zpětné
informace, zda jiskra směs zažehla či nikoliv. Po ukončení
počátečního zážehu se cívka znovu plní. Jestliže směs nebyla
zažehnuta, je časový průběh plnění stejný jako u předchozí
jiskry. Při zažehnutí dochází k výrazné změně průběhu plnícího
proudu. Nenastalo-li hoření od první jiskry, je energie další
jiskry zvýšena a její účinek je znovu monitorován. Celý děj se
opakuje dokud nedojde k zažehnutí. Může být vytvořeno pět i více
výbojů.

 

.

Obrázek srovnává tento systém s
jednojiskrovým, a to podle primárního proudu
<IMG
SRC=“image204.gif“ ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“12″ height=“22″> cívky,
sekundárního napětí ALIGN=TOP ALT=“.“ width=“18″ height=“22″> a proudu výboje ..

Dodávané sekundární napětí je v obou případech
podobné a to kolem 20 až 30 kV. Energie výboje je u
vícejiskrového systému při porovnání s jednojiskrovým nízká (4 až
10 mJ ku 20 až 100 mJ), ale je systémem dodávána v každé jiskře.
Ve vyobrazeném příkladu jsou to čtyři jiskry proti jediné u
jednojiskrového. Považuje-li se plocha pod křivkou proudu výboje
. za základní
indikátor rychlosti eroze elektrod od oblouku, je zřejmé, že
čtyři krátké jiskry jsou méně škodlivé než jediná ale dlouhá.
Přitom je špičková úroveň identická z pohledu odolnosti vůči
vynechání zážehu. Všechny čtyři jiskry jsou vytvářeny za stejnou
dobu, po jakou trvá hoření jiskry jednojiskrového systému.

V článku nejsou uváděny podrobnosti k
materiálu jádra zapalovací cívky, ani k její konstrukci. Podle
uváděných rozměrů lze soudit, že je konstrukce obdobná jako u
kapacitního zapalování Saab, tedy cívka s
otevřeným magnetickým obvodem a materál jádra s vysokou
permeabilitou. Vzhledem k vysokým rychlostem proudových změn musí
být použito velmi rychlých spínacích tranzistorů s potřebnou
výkonovou dimenzací. Mají-li i dostatečnou napěťovou odolnost
proti tzv. druhému průrazu, může být dosaženo poměrně vysokého
primárního napětí při přerušení proudu a tedy i nízkého převodu
cívky.

Tvorba a rozvod vysokého napětí 5.00/5 (100.00%) 1 vote


banner pro vstup do katalogu MJauto
Sdílejte: