• Zapalovací cívky a jejich konstrukce
• Mechanické rozdělení vn k válcům
• Nedostatky mechanického rozdělování vn
• Bezrozdělovačové rozdělování

   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 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 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 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 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 ), která omezuje jeho velikost v okamžiku přerušení. S růstem proudu roste intenzita a podle křivky 1 se zvyšuje i magnetická indukce . 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 . 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 jen na zbytkovou hodnotu , 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 vstupují. Počet těchto siločar procházejících plohou uvnitř vinutí, kolmou na jeho osu, je nazýván magnetickým indukčním tokem . Magnetická indukce 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 jádra.

   U poměrně dlouhé válcové cívky primárního vinutí s délkou , obsahem plochy závitů a jejich počtem 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 diagramu. V něm je zakreslen průběh pro případ bez vzduchové mezery a tři průběhy pro různé poměry délky dráhy siločar v železe a délky 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 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 ve vn obvodu, která se transformuje na primární stranu se čtvercem převodu cívky.

   Při nevhodném uspořádání vinutí zapalovací cívky dochází ke vzniku většího rozptylového toku. Je způsoben tím, že vinutí není obklopováno všemi 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 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.

   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 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 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 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 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 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 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 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 jeho válců. Pro dobu mezi jednotlivými zážehy platí vztah, obdobný dříve uvedenému (viz vztah 5 v části I), tj.

(5)

V něm je čas 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 () 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 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 cívky, sekundárního napětí 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.